20世纪40-60年代，分子生物学上的三大发现为基因工程的诞生奠定了理论基础。
一是40年代Avery等人通过肺炎球菌转化试验证明了生物的遗传物质是DNA，而且证明了通过DNA可以把一个细菌的性状转移给另一个细菌，这一发现被誉为现代生物科学的开端，也是基因工程技术的理论先导；
二是50年代Watson和Crick发现了DNA分子的双螺旋结构及DNA半保留复制机理，确立了核酸作为信息分子的物质和结构基础，提出了碱基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础；
三是60年代关于遗传信息中心法则的确立，即生物体中遗传信息是按DNA→RNA→蛋白质的方向进行传递的。Avery等人关于DNA是遗传物质的发现和遗传信息中心法则的阐述，表明决定生物体具有不同性状的关键物质——蛋白质分子的产生是由生物体中DNA所决定的，可以通过对DNA分子的修饰改造改变生物的性状，根据DNA半保留复制的机理、对DNA分子的修饰改造可以通过DNA的复制进行传递，因此，三大理论的发现为基因工程技术的诞生奠定了理论基础。