研究部の組織は、疾患生命情報研究部門、応用構造情報研究部門、高次生命制御研究部門の３つの研究部門から構成され、それぞれ研究部の専任教員、客員教員、連携教員と四大学連合を組む東京工業大学や学内の附置研究所、センター等から参画するプロジェクト研究協力教員との緊密な連携・協力体制の下に機動的・学際的な研究を遂行しています。

　疾患生命情報学部門では、ゲノム情報およびプロテオーム情報についての開発と研究を行うとともに、生命を「情報によって組織化された系」として、ゲノム情報やプロテオーム情報からの生命現象の理解について研究開発をおこないます。さらに、疾患に関わる遺伝子や疾患に関わるタンパクを同定し、さらに、疾患関連ゲノム情報や疾患関連プロテオーム情報をもとに、疾患の発症機構をシステム生物学により解明する方法論の研究開発を行います。多型マーカーなどを用いた疾患感受性遺伝子の研究では、世界中でしのぎを削っているところですが、疾患ゲノムのみならず、プロテオーム情報やシステム生物学を動員して、総合的に疾患についての情報科学の研究をおこなう点が本部門の特色です。

　応用構造情報学部門では、分子の立体構造を解明し、その構造情報をもとに、分子のデザインと合成を行い、生命現象の制御を図る研究を行います。さらに、また、疾患における変異分子の構造やその修復法を開発することにより、疾患の治療法、創薬の基盤となる研究を行います。タンパク構造解析は我が国のポストゲノム研究推進において中心的な分野として設定されています。また、合成化学は我が国でノーベル賞受賞者を輩出するなど得意とする分野です。本部門では、これらの点を生かすことにより、分子の立体構造情報の研究を推進するとともに、その構造情報を生命機能制御や疾患制御の研究に応用する体制を取っている点が、本部門の特色です。 応用構造情報学部門には、分子構造情報学分野と、ケミカルバイオロジー分野をおいています。

　高次生命制御学部門では、ゲノム情報、プロテオーム情報、分子構造情報をその基盤とし、分子生物学や発生工学さらに、生体工学を用いて、細胞機能や、神経系、免疫系などの高次生命現象の制御法の研究開発を行います。さらに、生活習慣病、神経疾患、免疫アレルギー疾患や老化に伴う疾患の理解とその新たな治療法開発の基盤となる研究を行います。本部門は、生命現象についてのポストゲノム研究を行い、その成果をもとに、生命機能の制御、さらに、社会的に重要な、生活習慣病、神経疾患、免疫疾患や老化の制御法開発を行う点が特色です。 本部門には、細胞機能制御学、高次神経科学、高次生体制御学、生命システムモデリングの４分野をおいています。