ბიოქიმიის განყოფილება დაარსდა 1941 წელს ფიზიოლოგიის ინსტიტუტში. მისი ხელმძღვანელი 1983 წლამდე იყო აკადემიკოსი პეტრე ქომეთიანი. 1983 წლიდან დღემდე განყოფილებას ხელმძღვანელობს აკადემიკოსი დავით მიქელაძე.

1941-1946 წწ - რედოქსსისტემების ფაზური პოტენციალი და ბიოელექტროდენის წარმოშობა;

1941-1950 წწ - ნერვული დაბოლოებების მნიშვნელობა კუნთში ბიოქიმიურ გარდაქმნათა დინამიკაზე;

1946-1958 წწ - ფოსფოლიპიდების და ქოლინის მეტაბოლიზმი ნერვულ ქსოვილში;

1953-1960 წწ - ადენილის სისტემის მნიშვნელობა ამონიაკის ცვლაში;

1958-1964 წწ - ამინომჟავათა ცვლა ნერვულ ქსოვილში;

1960-1970 წწ - აზოტოვანი ცვლა ნერვული სისტემის ცილებში;

1965-1978 წწ - მეხსიერების ბიოქიმიური საფუძვლების შესწავლა;

1983-2012 წწ - უჯრედის რეგულაციის პრინციპები;

2003-2015 წწ - დემიელინიზაციის ბიოქიმიური საფუძვლები;

2008-2015 წწ - ბიოენერგეტიკული ცვლილებები ნეიროპათოლოგიურ პროცესებში.

პირველად იყო ნანახი, რომ კუნთებში ენერგეტიკული ნივთიერებების ცვლა სწრაფად მიმდინარეობს ნერვული იმპულსის მოქმედების არეალში. პრიორიტეტული იყო ნაშრომები ბიოლოგიური მემბრანების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების შესახებ. ნანახი იყო, რომ ჟანგვა-აღდგენითი რეაქციები აკონტროლებენ ტრანსმემბრანულ პოტენციალს. გაირკვა, რომ კალიუმისა და წყალბადის ანტიპორტერის მუშაობა საფუძვლად უდევს იონთა გრადიენტის ფორმირებას. პირველად იყო დახასიათებული ქოლინის, ეთანოლამინის და სერინის ფოსფორილირებული ნაერთების მეტაბოლიზმის გარკვეული ეტაპები, ცილების ამიდური და ამინური აზოტის ცვლის თავისებურებები ნერვულ ქსოვილში. პირველად იყო გამოთქმული მოსაზრება, რომ ინფორმაცია ცენტრალურ ნერვულ სისტემაში მიიღება, ინახება და კვლავ აღმოცენდება დინამიკური პროცესის სახით, ამასთან არა ერთ განსაზღვრულ ნერვულ უჯრედში, არამედ უჯრედების მთელ ანსამბლში ნეიროგადამცემებისა და გენეტიკური აპარატის მეშვეობით. დადგინდა ციკლური ნუკლეოტიდების გავლენა ტრანსპორტულ ატფ-აზებზე. დახასიათდა მცირე GTP-დამაკვშირებელი ცილების (Ras, Rac) მნიშვნელობა უჯრედების ოქსიდაციური/ნიტროზაციური სტრესის დროს, გაირკვა აღნიშნული ცილების მონაწილეობა მიტოქონდრიაში მიმდინარე ჟანგვითი ფოსფორილირების პროცესებში ნეიროენდოკრინული და ქცევითი დარღვევების დროს. გამოიკვეთა მიელინის ცილების ციტრულინირების მნიშვნელობა დემიელინიზაციური და ნეიროანთებითი პათოლოგიების დროს.