化学仿生学，是一门介于化学与生物学之间的边缘科学，是用化学方法在分子水平上模拟生物体功能的一门科学。其研究内容主要为：模拟生物体内的化学反应过程，模拟生物体内的物质输送过程，以及模拟生物体内的能量转换等过程。
生物体内的成千上万种化学反应都是在酶催化下进行的。酶催化反应的特点是在常温、常压下，在一个很复杂的混合体系中专一地、高效地、有条不紊地进行着。其高效性就是指强大的催化能力。例如，同样是催化过氧化氢分解为水和氧气，过氧化氢酶的催化效率比一般无机催化剂高一千万倍。化学仿生学的任务之一就是仿照天然酶合成出人工酶。通过从生物体内分离出某种酶之后，研究清楚其化学结构和作用催化剂的催化机理，在此基础上设法人工合成这种酶或其类似物，用以实现相应的酶催化反应而制得相应的产品。在这方面已取得的成果的例子有：人工制得了合成氨基酸的酶，也制得了消化蛋白质用的常见的酶等。在这方面，对固氮酶的研究是一项非常重要的工作。固氮酶是豆科植物根部产生的一种酶，它在常 温常压下就可以使空气中的氮气与某种或某些含氢物质发生反应变成氨提供给植物作氮肥。因此，模拟固氮酶研究如获得成功，将是化学仿生学上的一个十分重大的成果。
生物在物质输送、浓缩、分离方面能力也是惊人的，象海带能从海水中富集碘，比海水中碘的浓度提高千倍以上；大肠杆菌体内外钾离子浓度差达3000倍等，这些都生物靠通过细胞膜来进行调节控制的。所以人们设想，如能模拟生物膜的这种输送、分离功能，合成一种高效、选择性强的分离膜，将会使物质的分离、提纯达到一种市郊、快速、专一的全新途径。这对于人类开发利用海洋资源，微量元素的提取，特殊的化学、分离以及污染控制等方面都会产生质的飞跃。
迄今为为止，人们在开发新能源，提高能源转化率等方面已取得了不少成就，但和生物界相比则又显得渺小了。一般的电灯，有90%以上的电能是转变为热能而浪费掉的，即便是节能灯也要浪费65%以上的电能。而生物体内进行的光能、电能、化学能等各种能量间的转换，其效率之高已为人所知。如荧火虫通过自身萤光素和萤光酶的作用，发光率竟达100%。生物体利用食物氧化所释放能量的效率是70%-90%，而我们利用燃烧煤 或石油能量的效率通常只有20%-40%。在能源日趋短缺的今天，模仿生物高效利用能量的技能已成为节能研究的重要课题，同时对开发新能源也有极其重大的指导意义。