如前文所述，整个细胞不只是各个组分的简单组合。对于基因组而言也是如此。我们对细胞中单个分子的“蓝图”进行鉴定，其前提在于对各个组分的特征进行细致描绘可以帮助我们了解整个问题的实质。这是一种被称为还原论的研究体系，数十年来一直作为生物学研究中的主导理念。然而，如果仅仅在分子层面进行鉴定却对其组装机制一无所知，那么我们仍无法解决整个问题，也无法得知整个过程是如何进行的。因此，我们需要研发针对“系统生物学或生物复杂性”研究的相关方法，并且完成生物学研究中的思维模式转变，即“跳出框架去思索”。我们所遇到的挑战是：如何理解在细胞内部，以及在组织、器官与生物体水平上所发生的多种生物学过程中，不同分子间的相互作用方式。其中最重要的问题在于“究竟是分子驱动着细胞与生命体，还是生命体驱动着细胞及其分子？”事实上，这种相互作用存在于细胞对外界环境的响应，以及细胞对内部基因表达的控制，在两者之间达到平衡。

细胞研究中有许多令人兴奋的新领域，其中包括基因与蛋白水平的微小变化如何引起细胞行为的巨大改变，以及如何利用细胞来治疗疾病、提炼金属、分解石油产物以及利用光能来产生生物燃料等。此外，同样令人着迷的是，我们还在努力通过合成的方法来“创造”生命，以及了解衰老背后的生物学奥秘等。在本章中，我们将简要地对其中一些方向进行介绍，并进一步探讨其未来可能的发展方向。