系统生物学是研究生物系统组成成分的构成与相互关系的结构、动态与发生，以系统论和实验、计算方法整合研究为特征的生物学。系统生物学不同于以往仅仅关心个别的基因、蛋白质的分子生物学，在于研究细胞信号转导和基因调控网路、生物系统组成之间相互关系的结构。系统生物学具有高通量、高灵敏度、多靶点、系统性等特点，其主要技术包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学、网络药理学等。这些技术的蓬勃发展构建了人类和大量动植物的基础数据库，已广泛应用于疾病诊断、药物研发、药物作用靶点发现、毒性预测、毒理机制评价等健康领域的方方面面。系统生物学方法也可用于毒性预测以及毒理现象潜在机制的研究，在毒理学，组学技术，数学，计算建模和风险评估在内的多学科的合作下可以有效解决毒理学问题。基因组学、蛋白质组学、代谢组学在毒理学研究中的长期发展，积累并建立了大量数据库可以用于潜在毒性的发现与毒理机制的研究。毒理基因组学通过全面分析基因表达来检测某些影响、预测或确定药物毒性引起的基因表达改变，借助于实验动物基因组结构和功能的大数据，科学家能确定毒性发生前和发生过程中的分子事件，加深对中毒作用机制的了解；蛋白质组学在药物毒性方面的应用主要是通过比较在药物作用前后的蛋白质表达谱的变化，在离体水平上更快、更准地筛选出毒性物质，并用于标志物和毒靶研究；代谢组学是一门定量地研究生物体的代谢组成以及由于内源性的因素和外源性因素所引起的生物体代谢组的动态变化的学科，是基因组学和蛋白质组学的完善和补充。近年来兴起的网络药理学技术可以将基因组学、蛋白质组学、代谢组学方法构建的数据库，通过网络搜索算法和毒性预测方法等相关软件，把已有的药物质基础研究数据和毒理相关数据有机结合，从而使毒理学研究更加系统与深入。