Biotechnologie bezeichnet die Nutzung biologischer Systeme, Zellen oder Biomoleküle zur Entwicklung und Herstellung von Produkten und Prozessen. In der Werkstofftechnik umfasst sie insbesondere die gezielte Anwendung von Mikroorganismen, Enzymen und Zellkulturen zur Synthese, Modifikation oder Abbaubarkeit von Werkstoffen.

Ein zentrales Feld ist die Entwicklung biobasierter und bioabbaubarer Polymere. Durch fermentative Prozesse (z. B. mit Bakterien oder Hefen) werden Monomere oder Direktpolymere wie Polyhydroxyalkanoate (PHA) hergestellt, die petrochemische Kunststoffe teilweise ersetzen können. Biotechnologische Verfahren erlauben eine präzise Kontrolle von Monomerzusammensetzung, Taktizität und Molmassenverteilung und damit eine gezielte Einstellung mechanischer und thermischer Eigenschaften.

Ein weiteres wichtiges Gebiet ist die Biomineralisation und bioinspirierte Werkstoffsynthese. Organismen bilden unter milden Bedingungen hochgeordnete anorganische Strukturen (z. B. Schalen, Knochen, Zähne). Durch das Verständnis der zugrunde liegenden Proteine, Template-Strukturen und Selbstorganisationsprozesse lassen sich hybride Bioanorganika, funktionelle Beschichtungen und hierarchische Komposite entwickeln.

Biotechnologie spielt zudem eine Rolle bei Biokorrosion und Biofouling, etwa durch sulfat-reduzierende Bakterien, und bei der biologischen Modifikation von Oberflächen mittels Enzymen oder immobilisierten Zellen zur Funktionalisierung (z. B. für Sensorik, Katalyse, Biokompatibilität). Schließlich ermöglichen gentechnische Methoden die maßgeschneiderte Herstellung strukturgebender Proteine (z. B. Kollagen-, Seiden- oder Elastin-ähnliche Proteine) als neue Werkstoffklasse.