2003年，人類基因組計劃的科學家宣布，他們歷時13年，終於完成了DNA基因組計劃，成功鑑定出構成DNA標誌性「扭曲梯形」結構的30億個鹼基對。然而，這項首次嘗試繪製人類生物系統完整圖譜的成果，對遺傳學家而言意義遠不止於此。它也標誌著「組學」研究新時代的開啟，生物學家開始將研究重點從系統內部的各個組成部分轉移到系統本身。
「人類基因組計畫從根本上改變了我們對人類生物學的認知，」人類連結組計畫的計畫主任麥可‧韋爾塔說。該計劃旨在繪製大腦中的神經網路圖譜。 “如果我們擁有這種基礎資料類型，一個全面、系統收集的資料集，它就能成為各種新研究方向的理論平台。”
如今，各領域的研究人員都在嘗試建構各自的「組學」。其中一些，例如「未知基因組」（unknome，即所有功能未知基因的集合），很快就被遺忘。但該領域現在擁有了自己的期刊——《組學：整合生物學雜誌》（OMICS: A Journal of Integrative Biology），並且至少有四個主要係統已經加入基因組的行列，成為值得開展獨立重大研究項目的對象。
轉錄組
目標：對體內所有RNA轉錄物進行編目
了解基因組中的DNA序列只是理解細胞運作方式的第一步。 DNA提供製造蛋白質的指令（基因），而蛋白質則負責執行體內大部分功能。但是，細胞必須先複製這些指令才能利用它們。這些DNA訊息的副本，或稱為“轉錄本”，是由RNA構成的。
2003年，美國國立衛生研究院啟動了人類轉錄組計劃，旨在對人類轉錄本進行編目。但問題在於：根據細胞對基因轉錄本的處理方式，我們已知的2萬個基因可以產生數十萬種可能的RNA轉錄物。而且，這些轉錄本中只有一部分編碼蛋白質。其他一些轉錄本並不參與蛋白質合成；相反，它們實際上會影響基因表現。還有一些轉錄本的功能尚不清楚。
冷泉港實驗室分子生物學家、該計畫首席研究員托馬斯·R·金格拉斯表示，最終結果尚不確定。但他們已經開始取得一些有用的發現——例如，他們的研究發現了一種新的RNA轉錄本，稱為lincRNA，它對細胞功能至關重要，並可能用於抗癌。
蛋白質體
目標：鑑定人類細胞產生的所有蛋白質
蛋白質是人體所有細胞的「主力軍」。它們承擔著從血液循環中輸送氧氣到調節消化等各種功能。它們也構成每個器官或組織特有的細胞結構。然而，目前尚無人知曉蛋白質究竟有多少種不同的形式，也不清楚它們各自的功能。如前文所述，我們已知的2萬個基因會產生多種RNA轉錄本，而這些轉錄本又可以合成多種蛋白質。
此外，蛋白質會不斷改變形狀，並能被其他蛋白質進行化學修飾，進而在細胞內執行特定功能。因此，基因組或許能產生多達一百萬種獨特的蛋白質。去年九月啟動的國際合作計畫「人類蛋白質體計畫」距離識別其中大多數蛋白質還相差甚遠。但該計畫的目標是到2015年，至少能辨識出由兩萬個蛋白質編碼基因中的每一個基因所產生的一種蛋白質。
與相對穩定的基因組不同，蛋白質組是一個動態網絡。密西根大學計算醫學與生物資訊學中心主任、該計畫負責人吉爾伯特·S·奧門表示，了解蛋白質組「是一項永無止境的活動」。
代謝組
目標：追蹤細胞代謝產生的每一種化學物質
細胞在日常運作中產生的副產物稱為代謝物。人類代謝組計畫是首次嘗試全面表徵所有代謝物。該計畫於2008年完成，將3000種代謝物與約100個資料欄位關聯起來，包括組織濃度、相關疾病以及相關蛋白質和基因。但該計畫負責人、阿爾伯塔大學生物學和電腦科學教授大衛·威沙特及其同事仍在繼續「填補空白」。
如今，他們已鑑定出幾乎每個人體內都存在的8500種代謝物，以及可能來自外部來源（例如毒素）的10000種代謝物。由於代謝物會持續產生，因此它們是極佳的健康指標；一個多世紀以來，臨床化學家一直利用它們進行血液和尿液診斷。代謝組學計畫的研究成果已經為類風濕性關節炎等難以診斷的疾病提供了生物標記。
酵素的單一突變即可改變其效率，導致其代謝產物生成速率發生高達10000倍的變化。這種變化比基因突變更容易在實驗室檢測中發現。
威沙特說：“代謝物是基因組中的金絲雀。”
連接組
目標：建構人腦神經迴路圖
人腦由1000億個相互連結的神經元組成，這些神經元決定我們的每一個想法和動作。腦科學專家長期以來一直在收集關於單一神經元的信息，但至今仍沒有一張涵蓋整個大腦系統的統一地圖。 「人類連結組計畫」是首次嘗試彌補這一空白。自2009年以來，研究人員一直在收集1,200名健康成年人的功能性和結構性連結組資料。
計畫完成後，該計畫的資料集將為進一步研究不同年齡層或患有精神分裂症或酗酒等疾病或障礙的人群的大腦提供基線。
為了繪製這幅全面的大腦圖譜，計畫科學家研究了兩種類型的信息：大腦活動和大腦結構。華盛頓大學的大衛·範·埃森和明尼蘇達大學的卡米爾·烏古爾比爾利用功能性磁振造影（fMRI）來確定大腦在靜息狀態和執行任務時的活動。為了揭示大腦的結構，科學家使用了擴散譜磁振造影（diffusion-spectrum MRI），這項技術由麻省總醫院的神經科學家範·韋登發明，他同時也是「連接組計畫」（Connectome Project）的成員。
該計畫的負責人、美國國家心理健康研究所的邁克爾·韋爾塔表示，該計畫將使該領域能夠“系統地提出這樣一個問題：在這些不同的疾病中，以及在人的一生中，大腦是如何連接和錯連接的？”
