W ramach BIOTECHNOLOGII zidentyfikowano następujące kluczowe obszary technologiczne:
Biotechnologia to świadczenie dóbr i usług z zastosowaniem metod biologicznych. Integruje nauki przyrodnicze i inżynieryjne w celu zastosowania komórek lub ich części oraz molekularnych analogów w celu pozyskania produktów i usług (definicja wg Europejskiej Federacji Biotechnologów). Biotechnologia jest nauką interdyscyplinarną – łączy zastosowanie procesów technologicznych z naukami przyrodniczymi. Zidentyfikowane cele związane z rozwojem biotechnologii wiążą się ściśle z: ochroną środowiska naturalnego oraz zrównoważonym rozwojem (nowe, czyste, przyjazne środowisku technologie, opracowanie skutecznych metod usuwania zanieczyszczeń), zrównoważonym rolnictwem oraz wyżywieniem rosnącej populacji ludzi, ochroną zdrowia, medycyną i diagnostyką, a także z wykorzystaniem bioprocesów do wytwarzania/modyfikacji/funkcjonalizacji nowych bioproduktów (biopolimerów i biotworzyw), biochemikaliów, substancji biologicznie aktywnych, biopaliw i innych.
Biotechnologia w ochronie środowiska obejmuje technologie o charakterze horyzontalnym, bowiem mogą być powiązane z każdą działalnością gospodarczą w sektorze przemysłu, usług, czy w sektorze komunalnym. Zdolność organizmów do rozkładu zanieczyszczeń wykorzystuje się w różnorodnych technologiach, m.in. oczyszczania ścieków (technologia osadu czynnego); oczyszczanie powietrza (np. zastosowanie biofiltrów do usuwania zanieczyszczeń powietrza), unieszkodliwianie/przetwarzanie odpadów przemysłowych i komunalnych – produkcja biogazu, kompostowanie, bioremediacja gleb i terenów skażonych zanieczyszczeniami.
Biotechnologia w rolnictwie odgrywa szczególną rolę w kontekście rolnictwa zrównoważonego, w szczególności ochrony i nawożenia roślin. Ważnym aspektem w kontekście stosowania biotechnologii w rolnictwie jest aktualny kryzys nawozowy i energetyczny. Rosnąca świadomość społeczeństwa w zakresie zagrożeń dla zdrowia ludzi i bezpieczeństwa środowiska w istotny sposób przyczyniła się do intensyfikacji działań mających na celu ograniczenie ryzyka związanego z powszechnym stosowaniem środków chemicznych w rolnictwie. Celem jest ograniczenie stosowania pestycydów oraz szersze wdrażanie zintegrowanej ochrony roślin (m.in. stosowanie niechemicznych środków ochrony roślin, w tym metod biologicznych).
W toku prowadzonych badań, w szczególności na podstawie przeprowadzonych paneli eksperckich w obszarze Biotechnologii, eksperci wskazali na konieczność włączenia do analiz dodatkowego obszaru kluczowego jakim jest Biotechnologia żywności (metody biotechnologiczne wykorzystywane w produkcji żywności, wytwarzanie, przetwarzanie, wzbogacanie, utrwalanie żywności, biotechnologiczne pozyskiwanie żywności, biotechnologia składników żywności, żywność funkcjonalna, nutraceutyki, diagnostyka żywności, biosensory). Wskazany obszar kluczowy jest także związany z obszarem Biotechnologii w rolnictwie, szczególnie w aspekcie rolnictwa ekologicznego oraz w aspekcie wykorzystania odpadów i produktów ubocznych przemysłu rolno-spożywczego.
Biotechnologie znalazły również szerokie zastosowanie w medycynie. Cenne „narzędzie” w tym obszarze stanowi inżynieria genetyczna, której osiągnięcia mogą poprawiać wydajność i jakość już istniejących produktów (np. białek, metabolitów czy całych komórek), poprawiać właściwości produktów (np. wykorzystując inżynierię białkową), otrzymywać znane produkty według nowych szlaków biochemicznych zaprojektowanych zgodnie z zasadami inżynierii metabolicznej, wytwarzać nowe, wcześniej nie występujące w naturze produkty (np. techniką ukierunkowanej lub hybrydowej biosyntezy). Do intensywnie rozwijających się obszarów biotechnologii medycznej można zaliczyć inżynierię tkankową – wytwarzanie całych tkanek, które mogą być użyte jako transplantaty w medycynie regeneratywnej, w chirurgii rekonstrukcyjnej, a także produkcję biofarmaceutyków. Działalność badawczo-rozwojowa w tym obszarze, pomimo iż już zaowocowała cennymi i skutecznymi rozwiązaniami (np. szczepionki mRNA, terapie komórkowe CAR-T itd.), należy wciąż do działalności wysokiego ryzyka i wymaga dużych wydatków inwestycyjnych (w tym wsparcia rządowego), współpracy wielu instytucji i specjalistów z wielu dziedzin, specjalistycznej infrastruktury badawczo-rozwojowej, a także podejścia interdyscyplinarnego. Biotechnologia i biologia medyczna zostały wprowadzone do katalogu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych w 2022 r., zatem sam sektor nauki dopiero zaczyna mierzyć naukowy dorobek biotechnologiczny Polski. Zgodnie z Rządowym Planem Rozwoju Sektora Biomedycznego na lata 2022-2031 na świecie mamy aktualnie do czynienia z tzw. nową falą innowacji w opiece zdrowotnej, która jest związana głównie z terapiami komórkowymi, genowymi, z użyciem komórek macierzystych, czy też terapeutykami na bazie RNA. Trendy te są kluczowymi czynnikami rozwoju sektora biomedycznego i źródłem dla projektowania kierunków rozwoju sektora biomedycznego w Polsce. Sektor biomedyczny obejmuje zróżnicowane obszary wiedzy i praktyki, korzysta przy tym z osiągnięć nauk biologicznych, biochemicznych, biofizycznych i biotechnologicznych. Leki i terapie tworzone w ramach branży farmaceutycznej opierają się na procesach syntezy chemicznej, podczas gdy biofarmaceutyki wytwarzane są w organizmach żywych, takich jak bakterie, drożdże i komórki ssaków. W ramach biotechnologii medycznej projektowane są i produkowane szczepionki oraz antybiotyki, są tworzone sztuczne narządy oraz opracowywane hormony i komórki macierzyste.
Sukcesy biotechnologii medycznej możliwe są między innymi dzięki bioinformatyce i technikom obliczeniowym stosowanym do analizy danych i formułowania rozwiązań biologicznych, a także nanotechnologii. Inżynieria biomedyczna jest pokrewnym i ściśle powiązanym z biotechnologią medyczną obszarem, który obejmuje zastosowanie zasad inżynierii i koncepcji projektowych w medycynie i biologii do celów zdrowotnych (np. diagnostycznych lub terapeutycznych). Inne szeroko zakrojone badania w obszarze biotechnologii obejmują: opracowanie biosensorów, które znajdują zastosowanie m.in. w diagnostyce medycznej, monitoringu środowiska, badaniach bezpieczeństwa i jakości produktów spożywczych, jak i w rolnictwie, a także produkcję biopaliw (bioetanol, biodiesel). Należy również zaznaczyć, iż rozwój biotechnologii oraz stosowanie produktów biotechnologicznych rodzą także nowe wyzwania, które wiążą się z etyką oraz wymagają szczegółowej oceny relacji ryzyka do korzyści.