گروه پژوهشی فیزیولوژی مولکولی در سال 1379 راه‌اندازی شده و در زمینه‌های فیزیولوژی گیاهان زراعی- باغی، فیزیولوژی سلولی، مولکولی و بیوشیمی مسیرهای متابولیک فعالیت می‌کند. ارزیابی و تعیین ژنوتیپ‌های متحمل و حساس به تنش‌های غیرزیستی و شناسایی ژن‌های دخیل و همچنین ارایه روش‌های افزایش تولید متابولیت‌ها و ترکیبات با ارزش در گیاهان، در زمرۀ اهداف اصلی این بخش است.