Разнообразие живых систем во многом определяется многообразием структуры и функции клеточных мембран.
Рецепция света и трансформация его энергии лежит в основе зрения, фотосинтеза и ряда фоторегуляторных процессов у растений, в инициации которых участвуют специализированные фоторецепторы, например, родопсин, хлорофилл, фитохром, фототропин, криптохром.
Направление медицинская биофизика основано на использовании в медицине результатов фундаментальных исследований в области мембранных процессов, фотобиологии, биофизики клетки.
Теоретическая биофизика изучает общие проблемы организации и регуляции живых систем разного уровня организации на основе законов квантовой механики, кинетики и термодинамики.
Важнейшей фундаментальной проблемой биофизики является изучение фотосинтеза – процесса преобразования световой энергии солнца в химическую энергию тканей фотосинтезирующих организмов.
К настоящему времени в биофизических исследованиях активно развивается экологическое направление - изучение физико-химических механизмов адаптации и устойчивости организмов в экстремальных условиях среды, выяснение физико-химических механизмов взаимодействия организма со средой на уровне макромолекул и макромолекулярных комплексов, исследование строения и функционирования мембранных структур, субклеточных частиц, а также клеточных ансамблей, популяций и их сообществ.