חיים על פי התיאוריה הביולוגית, הם מאפיין המבדיל ישויות חומריות המקיימות תהליכים ביולוגיים (ונקראות יצורים חיים או אורגניזמים) מישויות חומריות שאינן מקיימות תהליכים כאלו. קיימות צורות שונות של חיים, כגון צמחים, בעלי חיים, פטריות, פרוטיסטים, ארכאנים וחיידקים. הקריטריונים להגדרת חיים יכולים לעיתים להיות מעורפלים ויכולים להגדיר או לא להגדיר נגיפים, וירואידים או חיים סינתטיים פוטנציאליים כ"חיים". ענף המדע העוסק במגוון היצורים החיים נקרא ביולוגיה.
הגדרת החיים תמיד היוותה אתגר עבור מדענים ופילוסופים, וכללה הגדרות רבות ומגוונות, בין השאר מכיוון שחיים הם תהליך ולא חומר.
מאחר שאין הגדרה חד-משמעית של החיים, רוב ההגדרות הנוכחיות בביולוגיה הן תאוריות. החיים נחשבים למאפיין שמקיים את כל או את רוב התנאים הבאים:
השאלה אודות היווצרות החיים העסיקה את התרבות האנושית משחר קיומה. המדע העוסק בשאלה כיצד נוצרו החיים נקרא אביוגנזה, ובמהותו הוא מנסה לברר את התהליכים שגרמו להופעת התא הראשון בכדור הארץ, הוא האב הקדמון המשותף הכולל, שממנו התפתחו כל צורות החיים המוכרים לנו כיום. שאלה זו אודות היווצרות החיים עדיין לא זכתה למענה ברור, ומדענים עדיין מנסים להתחקות אחר התהליכים הכימיים שהתרחשו בכדור הארץ לפני כ-4 מיליארד שנים, ואיפשרו את יצירתו של תא חי מחומר דומם.
התאים הם אבני הבניין של החיים. דהיינו:
בכל תא יש חומר תורשתי. למעשה, ביצור רב-תאי כל תא ותא מכיל את כלל החומר התורשתי של הגוף כולו (למעט תאי זרע וביציות לא מופרות המכילים כמחצית מחומר זה). החומר התורשתי בכל תא ותא מקודד ב-DNA דו גדילי (בניגוד לחלק מהנגיפים שבהם החומר התורשתי שונה). כל תא ותא מכיל מנגנונים להכפלת החומר התורשתי לקראת התחלקות התא לשני תאים - רבייה לא מינית ברמת התא (או התחלקות אחרת לקראת רבייה מינית היוצרת תאי זרע וביציות לא מופרות).
החומר התורשתי הוא יחסית חסר פעילות כימית ואינו מעודד, יחסית, את הפעילות הכימית בתא ההכרחית לחילוף החומרים. מרבית הפעילות הכימית של התא מתבצעת באמצעות קטליזה של חלבונים. בכל תא יש גם מולקולות של RNA שעושות גם חלק מהפעילות הקטליטית ומשמשות גם להעברת מידע שמקורו ב-DNA אל חלקי התא השונים.
כל תא מוקף בקרום - ממברנה ביולוגית המורכבת דו-שכבה של מולקולות ליפידיות ומשובצת בחלבונים. ממברנה זו מפרידה את התא מסביבתו ומאפשרת לו לקיים סביבה פנימית יציבה ושונה מהסביבה החיצונית. היא מאפשרת לו גם לקלוט מהסביבה החיצונית את מה שדרוש לו ולפלוט אליה את מה שאינו דרוש.
נהוג לחלק את התאים על פי מבנם לשני סוגים:
הטקסונומיה הביולוגית - מדע מיון היצורים החיים מחלקת את כלל היצורים החיים לשלוש "ממלכות-על": חיידקים אמתיים (בקטריה), חיידקים קדומים (ארכה בקטריה או בכינוי המודרני "ארכיאה") ותא אאוקריוטים.
על פי הטקסונומיה, היצורים הרב תאיים משתייכים לשלוש ממלכות מתוך כלל הממלכות של ממלכת העל האאוקריוטית. שלוש ממלכות אלה הן הצמחים, הפטריות והאנימלים. הצמחים נבדלים משתי הממלכות הרב תאיות האחרות בכך שהם עושים פוטוסינתזה (ישנן גם בקטריות שעושות פוטוסינתזה ולמעשה הצמחים עושים פוטוסינתזה בעזרת אברונים תוך תאיים שמוצאם מסימביוזה עם בקטריות אלה). הפטריות והאנימלים ניזונים רק מאכילת יצורים חיים אחרים. הפטריות מפרישות חומרי עיכול אל סביבתן וסופגות ממנה את תוצרי העיכול והאנימלים מכניסים את טרפם או חלקים ממנו אל תוך גופם כדי לעכלו.
מורכבותם של יצורים רב-תאיים היא מגוונת. ישנם יצורים רב-תאיים המורכבים מרקמת תאים אחת. דהיינו, כל התאים שלהם דומים זה לזה ומחוברים ברצף, לדוגמה - ספוג. רמת המורכבות הבאה היא שילוב של תאים מתמחים בתוך רקמה זו. יצורים מורכבים יותר יכילו איבר אחד, דהיינו מספר רקמות היוצרות מבנה בעל צורה פשוטה ותפקוד אחיד, לדוגמה - מדוזה. ביצור כזה, כאשר מכנים אזור מסוים בשם הדומה לשמו של איבר בגוף האדם, רמת המורכבות של אותו אזור היא נמוכה בהרבה ממה ששמו מעיד. זרוע של מדוזה, למשל, היא רקמה בודדת. פה של מדוזה הוא רקמה בודדת או שתי רקמות.
רמת המורכבות הבאה היא התולעת הנימית. תולעת זו היא בעלת שלוש שכבות שכל אחת מהן היא קבוצת רקמות. השכבה העליונה היא העור והעצבים והיא מכילה רקמת תאים לקליטת אור המכונות עיניים (אצל האדם העין היא איבר ואצל התולעת הנימית זו רק רקמה רגישה לאור). השכבה האמצעית היא שכבת השרירים ואזורי ייצור תאי המין. השכבה הפנימית היא צינור העיכול. לתולעת הנימית יש פה עם שיניים ופי טבעת.
רמת המורכבות הבאה היא תולעת פרקים - תולעת המחולקת ליחידות אורך, שכל אחת מהן יכולה לתפקד כתולעת עצמאית אם היא מופרדת מגוף שאר התולעת או מושלת ממנו בחלק מרבייה לא מינית. פרק כזה מצמיח פרקים חדשים. הפרק הראשון והאחרון בתולעת כזו עוברים התמיינות ומתמחים כראש וכפי טבעת.
ברמת המורכבות הבאה יש שתי אפשרויות:
כל עוד תא אוקריוטי אינו חלק מיצור רב-תאי, קשה להגדירו חד משמעית כתא צמח. ישנם תאים אוקריוטים שגם מיצרים פוטוסינתזה וגם טורפים כיצורים אנימלים. בעקבות מוטציה הם יכולים לאבד אחד התפקודים האלה ולהפוך למשך דור אחד למעין צמחים מובהקים או אנימלים מובהקים. אולם, כעבור דור התכונה החסרה יכולה לחזור בעקבות הרבייה המינית.
האנטומיה של הצמח רב התאים שונה לחלוטין מזו של היצור האנימלי רב התאים.
הצמחים הפשוטים ביותר הם הטחבים. כל התאים שבהם עושים פוטוסינתזה ויכולים גם לשמש כתאי מין (יש לתאים אלה דור אחד שבו הם דיפלואידים והם חלק מיצור רב-תאי ודור עוקב שבו הם תאי מין הפלואידים שאינם חלק מיצור כזה).
ביצורים צמחיים מורכבים יותר יש רקמות של תאים העושים פוטוסינתזה שבהן משולבים גם תאים שיש להם תפקידים מעט אחרים או לגמרי אחרים כמו פיוניות. יש בהם גם רקמות שיוצרות מערכת תובלה בין רקמות ייצור הסוכר בפוטוסינתזה לבין רקמות קליטת המים והמינרלים מן הסביבה. רמות סיבוך גבוהות יותר כוללת איברים כמו עלה, גבעול ושורש וכמו אברי מין צמחיים -פרחים.
הבדלים מובהקים בין רב תא מורכב צמחי לרב תא מורכב אנימלי:
הוֹמֵאוֹסְטָזִיס או מַצַּב אִזּוּן הוא מצב שבו התנאים הפיזיקליים והכימיים השוררים בתוך האורגניזם נשמרים ברמה יציבה שמתאימה לפעילותו המיטבית, למרות השינויים שחלים בסביבתו החיצונית. האורגניזם שומר על הומאוסטזיס, כלומר על תנאים פנימיים יציבים, באמצעות תהליכי ויסות ביוכימיים–מטבוליים. יציבות פנימית זו דרושה בכל אספקט הקשור לחיים. לחלק מהיצורים החיים דרוש חום קבוע, רמת מלחים ומים קבועה, רמת חומציות קבועה, רמה קבועה של סוכר בדם, רמה קבועה של אותות עצביים שמקורם בגרייה חושית ועוד. רעיון ההומאוסטזיס מרכזי גם בענפי הפסיכולוגיה הקשורים לביולוגיה ולפיזיקה ובאלה הקשורים לתודעה.
מֶטָבּוֹלִיזְם הוא תהליך של קליטת חומרים מהסביבה, עיבודם, הפקת אנרגיה מהם ופליטת הפסולת. חילוף החומרים מתרחש בסדר שלהלן:
ישנם הטוענים שהיצורים החיים המוכרים לנו התפתחו מאב קדמון משותף, בתהליך של ברירה טבעית בין פרטים שונים במקצת לאורך מיליוני שנים בתהליך הקרוי אבולוציה. כתוצאה משינויים קטנים הנקראים מוטציה בקידוד החומר התורשתי, ובעקבות סלקציה ושרידה של אלו המתאימים לתנאים בהם הם חיים, נוצרת השתנות איטית של החומר התורשתי של האוכלוסייה החיה מדור לדור, ונוצרים מינים חדשים בתהליך הנקראה ספיסיאציה. לכן ניתן להגדיר פרט חי בהגדרה חליפית להגדרה המובאת למעלה. פרט חי הוא פרט הנוצר בתורשה מפרטים דומים לו שעברו אבולוציה.
ביצורים שונים יש שלבי התפתחות פרט שונים.
הזדקנות היא תהליך בלאי ביולוגי המתרחש בכל יצור אאוקריוטי, בהתאם לגיל היצור, מינו הטקסונומי, המטען הגנטי שלו כפרט וסביבתו. אצל אדם החי בחברה עם חקלאות ורפואה מודרניות, מקובל להגדיר את תחילת התהליך בין גיל 40 ל-50 ומוות מסיבוכים קשורי זקנה מגיע אחרי גיל 75. אולם בחברות אנושיות שחיו בתנאים אחרים בלאי ביולוגי ומוות מזקנה הגיעו בגילים מוקדמים בהרבה.
חיידקים אינם מזדקנים אולם חלק מהחד-תאיים האוקריוטיים, כגון שמרים כן מזדקנים. זאת על אף שאין בהם התמיינות לרקמות. חיידק מתרבה על ידי חלוקתו לשנים כך שכל תא בת מכיל חצי מתכולת תא האם. כל תא בת גדל ומרבה את תכולתו וכשמיוצרת כפליים מהתחולה הקודמת, הוא מתחלק שוב לשניים. שמר, לעומת זאת, מתרבה בהנצה. רוב תכולת תא האם נשארת בתא האם, המניץ ממנו תא בת קטן. במקום בו הנץ תא הבת מקרום תא האם נותרת צלקת. שמר עם הרבה צלקות כאלה מתקשה לתפקד והוא למעשה זקן.
המיוחד לצמחים בניגוד לבעלי חיים ולפטריות הוא שיש להם רקמות במצבי זקנה שונים. לצמח יכול להיות עלה זקן לצד עלה צעיר שזה עתה התפתח מתאי הגזע. מלבד זאת, בניגוד לבעלי חיים ולפטריות, הליכי ההזדקנות בצמחים הם בעלי סדר אירועים קבוע – בלאי הרקמות מתרחש תמיד באותו אופן. כשמביטים בתוחלת החיים של כלל הצמח, ישנם מיני צמחים רבים חד-שנתיים, כלומר, הם מגיעים לגיל מקסימלי של שנה אחת. סוגים שונים של עצים, לעומת זאת, עשויים להגיע לגילאים מופלגים; ידועים עצים שגילם נאמד באלפי שנים. בין העצים הללו נמנים זנים מסוימים של עצי אורן, עצי סקויה, ועצי גינקגו.
כאשר מצטבר בלאי גופני רב בשל הזדקנות, הדבר מביא לידי מוות ביצורים אנימליים מורכבים, אופי הבלאי המצטבר שונה מפרט לפרט, בהתאם למטען התורשתי שלו ולקורות חייו.
משחר ההיסטוריה הכתובה תהה האדם על ההבדל בין מה שחי ומה שאינו חי, על משמעות החיים וכן הגה דעות בדבר המוות ונושאים הקשורים בו, כגון הלידה. ההיסטוריה של הביולוגיה מתפרשת על פני מסורת ארוכה של חקר הרפואה והטבע, המגיעה עוד מיוון העתיקה (ראו "ביולוגיה" מאת אריסטו) ואף קודם לכן, אף כי הביולוגיה התמסדה כדיסציפלינה מדעית רק במאה ה-19, אחרי תהליך התגבשות במהלך המאות ה-17 וה-18.
התפתחות זו הגיעה אחרי התמסדות מדע ניסויי בתחומי הפיזיקה והכימיה והתפתחות טכנולוגית בתחום האופטיקה שאפשרה את גילוי המיקרואורגניזם ואת המבט בהגדלה על חלקי החומר החי בעזרת מיקרוסקופ. גם התפתחות התיעוד והפצת ידע בזכות המצאת הדפוס היו קריטיים לתהליך; הצטברות ידע מסודר על בעלי חיים שניתן לראות בעין בלתי מזוינת, על מאובנים ועל תופעות רפואיות. התפתחות התיעוד אפשרה את התפתחות הטקסונומיה (ביולוגיה), מדע העוסק במיון, בסיווג ובשיום (כלומר, נתינת שמות) של בעלי החיים המוכרים ובאנטומיה השוואתית.
לפי התפיסה האסטרוביולוגית, החיים התאפשרו בכדור הארץ, הודות להימצאותו באזור הישיב, המאפשר קיום מים במצב צבירה של נוזל, דבר שבפני עצמו מאפשר תווך של תגובות ביוכימיות. עם התפתחות אפשרות גילוי כוכבי לכת חוץ-שמשיים, נבדקת גם הימצאותם באזור ישיב, ביחס לכוכב האם שלהם.