Biologische Prozesse bezeichnen eine Vielzahl zeitlich und räumlich organisierter Vorgänge in lebenden Systemen, die auf molekularen, zellulären und geweblichen Ebenen ablaufen. Für die Werkstoffwissenschaft sind sie relevant, weil sie sowohl zur Synthese, Modifikation und Degradation von Werkstoffen beitragen als auch deren Leistungsfähigkeit in biologischen Umgebungen determinieren.

Zentral ist die Unterscheidung zwischen zellulären Prozessen (z.B. Adhäsion, Proliferation, Differenzierung), biochemischen Prozessen (z.B. Enzymkatalyse, Signaltransduktion, Mineralisation) und gewebeorganisierenden Prozessen (z.B. Knochenremodellierung, Angiogenese). In der Biomaterialforschung beeinflussen diese Prozesse entscheidend die Biokompatibilität, Osseointegration, Korrosions- und Verschleißmechanismen sowie die Biofouling- und Biofilmbildung auf Oberflächen.

Werkstoffseitig stehen insbesondere Grenzflächenphänomene im Fokus: Proteinsorption, Bildung der „protein conditioning layer“ und nachfolgende Zellreaktionen koppeln physikalisch-chemische Oberflächeneigenschaften (Topographie, Ladung, Benetzbarkeit, chemische Funktionalitäten) direkt an biologische Prozesse. Umgekehrt dienen gezielt gestaltete biologische Prozesse, etwa enzymatische Degradation oder zellgesteuerte Matrixsynthese, zur Entwicklung resorbierbarer Implantate, bioinspirierter Verbundwerkstoffe oder funktionaler Beschichtungen.

Die modellhafte Beschreibung biologischer Prozesse erfolgt häufig mittels Kinetik, Systembiologie und Mehrskalenmodellen, um den Transfer zwischen in vitro-, in vivo- und in silico‑Untersuchungen zu ermöglichen. Für eine robuste Werkstoffauslegung in biologischen Systemen ist daher ein integratives Verständnis der Kopplung von Stofftransport, Mechanik, Chemie und den zugrunde liegenden biologischen Regulationsnetzwerken erforderlich.