細胞里面的生命活動井然有序，每一個部分都有其特定的結構，承擔不同的功能。生物大分子則是一切生命活動的最終執(zhí)行者，它們主要是核酸和蛋白。核酸攜帶了生命體的遺傳信息，而蛋白是生命活動的主要執(zhí)行者。自現(xiàn)代分子生物學誕生以來的半個世紀里，解析和分析生物大分子的結構、進而闡釋其功能機制一直都是現(xiàn)代生命科學的核心問題之一。
事實上，一切自然科學都涉及物質結構及結構間的相互作用為核心的研究方向，天文學研究宇宙、星體等的結構及其相互作用，粒子物理研究物質世界的基本粒子的結構和相互作用，甚至包括應用性很強的材料科學都是以研究新型材料的結構和性質等為核心。結構生物學研究的直接目的是弄清楚生命大分子結構，從而更好地理解生命，理解這個自然界中“逆熱力學第二定律”而誕生的奇跡;最終目標是公眾通常關心的實用價值。
像數(shù)學物理公式不會直接造出飛機、導彈、計算機一樣，蛋白質結構這樣的基礎研究不會直接轉化為人們生產生活的必須物品。比較具體的應用，如藥物設計、疫苗開發(fā)、醫(yī)療診斷和蛋白質分子性能改造(如科學實驗或工業(yè)生產中酶活性穩(wěn)定性優(yōu)化)等是蛋白質結構研究比較容易被大眾所理解的一個方向，但卻只是其研究價值的一個側面而已。
蛋白質結構如同生命科學里的數(shù)學公式和物理定律，甚至在以后會充當生命科學里面的“化學元素周期表”，除了幫助發(fā)現(xiàn)或設計新藥等，它更重要的價值是作為最基礎最上游的研究之一，通過影響一切與其密切相關的下游科學和技術，從而改變我們的世界。
結構生物學最早誕生于上個世紀中葉，它是一門通過研究生物大分子的結構與運動來闡明生命現(xiàn)象的學科，在其發(fā)展史上有兩個里程碑式的事件，一個是 DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)，另一個肌紅蛋白(Myglobin)晶體結構的解析，這兩個事件都是上個世紀最重要的革命性科學進展，均在劍橋MRC分子生物學實驗室完成，并且都于1962年獲得了諾貝爾獎(一個生理學或醫(yī)學獎，一個化學獎)。同時它們都是最早使用X射線的方法來解析生物大分子結構，而這個方法在過去半個世紀里，一直占據(jù)結構生物學的統(tǒng)治地位。
在當今結構生物學研究中普遍使用的冷凍電鏡，是上個世紀七八十年代開始出現(xiàn)、近兩年飛速發(fā)展的革命性技術，它可以快速、簡易、高效、高分辨率解析高度復雜的超大生物分子結構(主要是蛋白質和核酸)，在很大程度上取代并且大大超越了傳統(tǒng)的X射線晶體學方法。
