该方向致力于研究生物计算的系统结构、计算复杂性、编码方法、计算模型和算法等基本问题，同时开展生物计算在优化问题求解等领域的应用研究，为建立生物型非传统高性能计算的理论和方法提供理论基础。主要研究内容有DNA编码理论与序列设计、生化反应网络及可编程性计算系统、生化反应系统动力学行为控制等。

DNA编码理论与序列设计方面主要研究多约束条件下的DNA编码设计、DNA编码的理论模型构建、DNA编码序列集合设计、基于符号动力学的DNA计算模型以及基于DNA计算理论的图像加密等。

生化反应网络及可编程性计算系统方面主要研究生化反应回路、基于生物粒子的生化传感、核酸分子可编程性自组装、DNA杂交生化反应控制、DNA分子逻辑运算模型、基于生化反应网络的模拟运算等。

生化系统反应动力学方面主要研究系统固有的稳定性，分岔及混沌产生的机理及动态规律、影响系统稳定性因素、构建生化反应系统模型并分析其非线性动态行为、设计系统状态反馈控制等。