กลุ่มงานวิเคราะห์ชีวภาพ แบ่งออกเป็น 4 ห้องปฏิบัติการ ได้แก่ ห้องปฏิบัติการวิเคราะห์สารพันธุกรรม (Nucleic Acid Analysis) ห้องปฏิบัติการวิเคราะห์โปรตีน (Protein Analysis) ห้องปฏิบัติการวิเคราะห์เซลล์ (Cell Analysis) และห้องปฏิบัติการวิเคราะห์จุลชีววิทยา (Microbiological Analysis)

กลุ่มงานวิเคราะห์ชีวภาพ มีภารกิจหน้าที่และความรับผิดชอบหลักในการสร้างมาตรฐานการวัดทางชีวภาพ ด้วยการพัฒนาวิธีปฐมภูมิ (Primary measurement method) และผลิตวัสดุอ้างอิง (Reference material, RM) ทางชีวภาพตามข้อกำหนด ISO/IEC 17034 และมีการวางระบบคุณภาพของห้องปฏิบัติการทดสอบตาม ISO/IEC 17025 เพื่อให้สามารถสอบกลับได้ทางการวัด และเทียบเท่ากับมาตรฐานสากล  นอกจากนี้ยังดำเนินกิจกรรมที่สำคัญอื่นๆ เช่น พัฒนาศักยภาพของห้องปฏิบัติการโดยเข้าร่วมเปรียบเทียบผลการวัดกับนานาชาติซึ่งจัดโดยกรรมการที่ปรึกษาด้านมาตรวิทยาเคมี (Consultative Committee for Amount of Substance: Metrology in Chemistry and Biology-CCQM)  ได้แก่ CCQM Working Group on Nucleic acid Analysis (NAWG) and Protein Analysis (PAWG) เป็นต้น ซึ่งเป็นกิจกรรมการทดสอบความชำนาญระดับเวทีโลก นอกจากนั้นเรายังทำวิจัยเพื่อขยายมาตรฐานการวัดทางการแพทย์และความปลอดภัยทางด้านอาหาร เพื่อเพิ่มความถูกต้อง ความน่าเชื่อถือ ที่ส่งผลต่อการพัฒนาคุณภาพชีวิตของประชาชน

การดำเนินงานในปัจจุบัน มีดังต่อไปนี้ :

1. ด้านการแพทย์
   • ตรวจวิเคราะห์ปริมาณดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ ได้แก่ ยีนกลายพันธุ์ การแสดงออกของยีน สำหรับใช้เป็น ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (Biomarker) ของโรคต่างๆ เช่น โรคมะเร็ง เพื่อสนับสนุนห้องปฏิบัติการตรวจวิเคราะห์ทางการแพทย์ในประเทศไทย
   • พัฒนา Primary measurement method ได้แก่ วิธี Isotope Dilution Mass Spectrometry (IDMS) สำหรับตรวจวิเคราะห์ปริมาณกรดอะมิโน เพปไทด์ และโปรตีน
   • ศึกษาการทำงานของเอนไซม์ต่างๆ เช่น เอนไซม์อะไมเลส (Amylase) และ แอสพาร์เทต อะมิโนทรานสเฟอเรส (Aspartate aminotransferase, AST)
2. ด้านความปลอดภัยอาหาร
   • ตรวจวิเคราะห์การปนเปื้อนสิ่งต้องห้ามในวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์อาหารฮาลาล โดยร่วมมือกับศูนย์วิทยาศาสตร์ฮาลาล จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เพื่อพัฒนาวิธีตรวจวัดปริมาณดีเอ็นเอสุกรในผลิตภัณฑ์อาหารฮาลาล จัดทำโปรแกรมทดสอบความชำนาญ (Proficiency Testing, PT)
   • ตรวจวิเคราะห์การปนเปื้อนดีเอ็นเอวัวและแกะในตัวอย่างอาหารสัตว์ เพื่อป้องกันความเสี่ยงต่อการเกิดโรควัวบ้า
   • ตรวจวัดปริมาณจีเอ็มโอในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร เช่น แป้งข้าวโพด ข้าว ถั่วเหลือง และมะละกอ รวมไปถึงตรวจหาปริมาณสารก่อภูมิแพ้ในอาหารหลัก เช่น ถั่วลิสง เป็นต้น
3. ผลิตวัสดุอ้างอิงทางชีวภาพ
   • วัสดุอ้างอิงพืชจีเอ็มโอ ได้แก่ ข้าวโพด (MON810) , ถั่วเหลือง และมะละกอ
   • วัสดุอ้างอิงดีเอ็นเอเนื้อสัตว์ในรูปแบบสารละลาย (Solution) และในรูปแบบเมทริกซ์ (Matrix) เช่น วัสดุอ้างอิงเนื้อหมู เนื้อวัว เป็นต้น