Die wesentlichen Grundzüge der molekularen Genstruktur und -funktion sind an Prokaryoten aufgeklärt worden. Neben Genen von Escherichia coli (E. coli) haben hierfür besonders extrachromosomale genetische Elemente (Plasmide) und Bakteriophagen eine wichtige Rolle gespielt. Nach der Entdeckung der DNA und der Aufklärung der Transkription und Translation stellt sich die Frage nach der Feinstruktur der Gene und nach den Mechanismen, die die Expression von Genen in der Zelle steuern. Dafür gibt es zwei unterschiedliche Regulationsmöglichkeiten: die positive Induktion durch ein Induktormolekül und die negative Regulation durch ein Repressormolekül. Die Analyse der Gene des Lactosestoffwechsels bei E. coli ergab, dass sie eine Kontrollregion besitzen, die als Operatorregion bezeichnet wird. Bakterien können auch über die Abgabe und Aufnahme kleiner Moleküle auch die Konzentration der eigenen Kolonie erkennen (Quorum Sensing).