Hay dos enfoques básicos para hacer Biología Sintética: de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba.
El enfoque de arriba hacia abajo utiliza segmentos de ADN o genes con funciones conocidas y los organiza de manera creativa para diseñar nuevas formas de vida con propiedades útiles. Los expertos insertan amplias franjas de fragmentos de ADN combinados de forma creativa en las células existentes. El ADN insertado puede ser una mezcla de genes de varios otros organismos, o puede ser completamente artificial, concebido por humanos y fabricado por una máquina sintetizadora de ADN. Un área activa de la investigación de arriba hacia abajo es el desarrollo de células huésped cuyos propios genomas se reducen para facilitar la aceptación del nuevo ADN y la adquisición de nuevos estilos de vida celulares correspondientes.
Ejemplos de Biología Sintética de arriba hacia abajo son el montaje de una gran colección de "partes biológicas estándar" (SBP) por parte de un grupo de investigación del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). Un SBP es un segmento de ADN bien definido con una función conocida en las células vivas. La idea es mezclar y combinar las partes para construir circuitos de genes artificiales que funcionen dentro de las células vivas y les indiquen que hagan cosas nuevas. Al igual que los ladrillos Lego, los SPB se denominan BioBricks.
Otros investigadores, en particular Craig Venter, de fama privada y personal del Proyecto Genoma Humano, trabajan preparar células que absorban nuevas instrucciones genéticas y las lleven a cabo. Para hacer esto, Venter y otros reducen los genomas de las especies de bacterias existentes al número mínimo de genes necesarios para la vida, dejando básicamente los genes necesarios para el metabolismo y la reproducción. Los investigadores planean trasplantar este "genoma mínimo" en alguna otra bacteria para producir un nuevo organismo. Esta nueva especie, y otros microbios con genomas mínimos, estarían preparados para recibir circuitos de genes sintéticos.
La Biología Sintética de abajo hacia arriba tiene como objetivo crear nuevas formas de vida desde cero utilizando productos químicos fácilmente disponibles. La Biología Sintética de abajo hacia arriba aún no es una realidad, pero cuando llegue, tanto la información genética (ADN o algún nuevo tipo de molécula portadora de información genética) y sus contenedores celulares serán totalmente hechos por humanos.
Un proyecto de equipo internacional financiado por el Laboratorio Nacional de Los Álamos, tiene como objetivo sintetizar la vida a partir de productos químicos disponibles en el mercado. Uno de los objetivos de la investigación es generar las llamadas protocélulas, esferas unidas a membranas similares a células, en las que se pueden introducir ADN, ARN u otros tipos de moléculas portadoras de información genética diseñadas por humanos.
Tanto la Biología Sintética de arriba hacia abajo como la de abajo hacia arriba hacen de los humanos los creadores de formas de vida completamente nuevas que son dramáticamente diferentes de los productos de la evolución biológica de la naturaleza.