La Farmacología Molecular estudia a las características bioquímicas y biofísicas de las interacciones entre los fármacos y los blancos de las células. De algún modo, es la biología molecular aplicada a las preguntas farmacológicas y toxicológicas. Los métodos de la farmacología molecular incluyen técnicas físicas, de biología molecular y químicas para entender cómo las células responden a las hormonas o a los agentes farmacológicos, y cómo la estructura química de éstos se correlaciona con su actividad biológica.

En el instituto las diferentes líneas de trabajo enfocadas en los aspectos moleculares de la función de diferentes fármacos, se encuentran enfocadas principalmente en el hallazgo y validación de nuevos blancos moleculares cuya intervención posea potencialidad terapéutica, al descubrimiento de fármacos nuevos con actividad biológica y al estudio de la combinación de fármacos de uso actual en situaciones o combinaciones novedosas.