Na molekulární úrovni je biologický (fyziologický) výzkum veden k identifikaci a kvantifikaci látek majících biologický (fyziologický) vliv (účinek). Tyto látky mohou být jak nízko, tak i vysokomolekulární. Právě v kategorii vysokomolekulárních látek jsou obecně rozšířené snahy o odhalení strukturálních změn způsobených fyziologickými nebo patofyziologickými podmínkami (stárnutí, nemoc). Tyto strukturální změny se projevují funkčními změnami vysokomolekulárních látek. V této úrovni fyziologického výzkumu můžeme jasně vidět interaktivní vztah mezi analytickou chemií a fyziologií (můžeme použít i termín "analytická fyziologie"). Práce tohoto oddělení je cílena právě ke spojení zmíněných oblastí a může být rozdělena následovně:

1. Rozvoj přístrojové techniky separačních metod.
2. Rozvoj metodik a výzkum nových separačních metod použitelných ke stanovení fyziologicky významných látek (kapilární elektroforéza, HPLC/MS).
3. Změny ve fyziologii strukturálních bílkovin (hlavně pojivové tkáně).

Z úvodu je zřejmé, že všechny tři oblasti jsou navzájem propojeny a není jednoduché je rozdělit do samostatných úkolů. Dobré analytické zázemí oddělení (moderní vybavení, jako je kapilární elektroforéza a HPLC/MS) umožňuje provést analýzy i pro jiná oddělení ústavu. Jako příklad dobré spolupráce lze uvést kooperaci s oddělením epiteliální fyziologie (Funkce epitelu).

S ohledem na oblast přístrojové techniky můžeme zmínit vývoj a konstrukci ultramikroanalytických systémů - čipovou analýzu nebo vývoj off-line kombinace synchronní fluorescenční spektroskopie a kapilární elektroforézy.

Značné úsilí bylo věnováno rozvoji nových metod pro identifikaci a kvantifikaci fyziologicky významných látek. Nejčastěji studovanými látkami byly steroidy. Bylo vyvinuto široké spektrum analytických metod, jako např. kapilární elektroforéza v mikroemulzních a micelárních módech (tzv. elektrokinetická chromatografie) s diode-array detekcí a vysokoúčinná kapalinová chromatografie spojená s hmotnostním spektrometrem (HPLC/MS). Tyto metody nám umožnily detekovat metabolity kortikosteronu a do budoucnosti nám umožňují pohled do metabolismu steroidů u zvířat (savčí a ptačí střevo). Tato práce byla udělána v úzké spolupráci s oddělením epiteliální fyziologie.

Byly rovněž vyvinuty metody pro identifikaci a kvantifikaci širokého spektra dalších látek: vitamíny, pigmenty, dikarbonylové cukry, mastné kyseliny, koenzymy A, aminokyseliny, peptidy a bílkoviny. Pro tyto účely bylo použito hlavně metod kapilární elektroforézy a HPLC/MS. Částečně byly tyto metody vyvinuty ve spolupráci s jinými odděleními ústavu. Jako příklad lze uvést např. identifikaci a kvantifikaci nového pigmentu skořápek ptačích vajec (protoporfyrin IX obsahující zinek). Dalším příkladem může být identifikace vazebného místa Na⁺/K⁺-ATPázy pro pyren izothiokyanát. Byly rovněž intenzivně studovány nové separační módy elektromigračních technik – mikroemulzní elektrokinetická chromatografie a bezvodá kapilární elektroforéza.