1、序列比對（Alignment）
基本問題是比較兩個或兩個以上符號序列的相似性或不相似性。序列比對是生物信息學的基礎，非常重要。兩個序列的比對有較成熟的動態規劃算法，以及在此基礎上編寫的比對軟件包BLAST和FASTA，可以免費下載使用。這些軟件在數據庫查詢和搜索中有重要的應用。
2、結構比對
基本問題是比較兩個或兩個以上蛋白質分子空間結構的相似性或不相似性。已有壹些算法。
3、蛋白質結構預測，包括2級和3級結構預測，是最重要的課題之壹
從方法上來看有演繹法和歸納法兩種途徑。前者主要是從壹些基本原理或假設出發來預測和研究蛋白質的結構和折疊過程。分子力學和分子動力學屬這壹範疇。後者主要是從觀察和總結已知結構的蛋白質結構規律出發來預測未知蛋白質的結構。同源模建（Homology）和指認（Threading）方法屬於這壹範疇。雖然經過30余年的努力，蛋白結構預測研究現狀遠遠不能滿足實際需要。
4、計算機輔助基因識別(僅指蛋白質編碼基因)。最重要的課題之壹
基本問題是給定基因組序列後，正確識別基因的範圍和在基因組序列中的精確位置.這是最重要的課題之壹，而且越來越重要。經過20余年的努力，提出了數十種算法，有十種左右重要的算法和相應軟件上網提供免費服務。原核生物計算機輔助基因識別相對容易些，結果好壹些。從具有較多內含子的真核生物基因組序列中正確識別出起始密碼子、剪切位點和終止密碼子，是個相當困難的問題，研究現狀不能令人滿意，仍有大量的工作要做。
5、非編碼區分析和DNA語言研究，是最重要的課題之壹
在人類基因組中，編碼部分進展總序列的3~5%，其它通常稱為“垃圾”DNA，其實壹點也不是垃圾，只是我們暫時還不知道其重要的功能。分析非編碼區DNA序列需要大膽的想象和嶄新的研究思路和方法。DNA序列作為壹種遺傳語言，不僅體現在編碼序列之中，而且隱含在非編碼序列之中。
6、分子進化和比較基因組學，是最重要的課題之壹
早期的工作主要是利用不同物種中同壹種基因序列的異同來研究生物的進化，構建進化樹。既可以用DNA序列也可以用其編碼的氨基酸序列來做，甚至於可通過相關蛋白質的結構比對來研究分子進化。以上研究已經積累了大量的工作。近年來由於較多模式生物基因組測序任務的完成，為從整個基因組的角度來研究分子進化提供了條件。
7、序列重疊群（Contigs）裝配
壹般來說，根據現行的測序技術，每次反應只能測出500或更多壹些堿基對的序列，這就有壹個把大量的較短的序列全體構成了重疊群（Contigs）。逐步把它們拼接起來形成序列更長的重疊群，直至得到完整序列的過程稱為重疊群裝配。拼接EST數據以發現全長新基因也有類似的問題。已經證明，這是壹個NP-完備
性算法問題。
8、遺傳密碼的起源
遺傳密碼為什麽是現在這樣的？這壹直是壹個謎。壹種最簡單的理論認為，密碼子與氨基酸之間的關系是生物進化歷史上壹次偶然的事件而造成的，並被固定在現代生物最後的***同祖先裏，壹直延續至今。不同於這種“凍結”理論，有人曾分別提出過選擇優化、化學和歷史等三種學說來解釋遺傳密碼。隨著各種生物基因組測序任務的完成，為研究遺傳密碼的起源和檢驗上述理論的真偽提供了新的素材。
9、基於結構的藥物設計。是最重要的課題之壹
人類基因組計劃的目的之壹在於闡明人的約10萬種蛋白質的結構、功能、相互作用以及與各種人類疾病之間的關系，尋求各種治療和預防方法，包括藥物治療。基於生物大分子結構的藥物設計是生物信息學中的極為重要的研究領域。為了抑制某些酶或蛋白質的活性，在已知其3級結構的基礎上，可以利用分子對接算法，在計算機上設計抑制劑分子，作為候選藥物。這種發現新藥物的方法有強大的生命力，也有著巨大的經濟效益