基因工程在农业方面的应用是培养“超级植物”，或称“转基因植物”，其主要方向和取得的成果主要有：改良作物品种，提高作物产量；提高农作物的抗病能力；培养耐寒、耐旱、耐热、耐盐碱特性的农作物，以扩大作物播种面积；提高农作物的蛋白质含量；使一般作物具有类似豆类作物一样的固氮能力；使植物含有动物蛋白质；提高某些作物的光合作用能力。
基因工程在畜牧业方面的应用是培养“超级动物”，或称“转基因动物”，其主要方向有提高家畜、家禽的生长速度，减少饲料消耗；提高家畜的出肉率和瘦肉的比例；提高家畜、家禽的抗病能力；提高家畜的产奶率和家禽的产蛋率；培养新的家畜和家禽品种；培育某些家畜令其奶中含有药物成分。
在医学方面基因工程的应用是制造“超级药物”以消除遗传疾病及癌症、艾滋病一类绝症，其方向主要是采用基因重组技术，使人体恢复胰岛素生产功能，根除糖尿病；制造抗癌药物，使癌细胞转化为正常细胞或消灭癌细胞，以根治癌症；培养防治艾滋病、肝病、小儿麻痹症等病症的疫苗；修改有缺陷基因，消除遗传疾病；在水果或食用植物中转移药物基因，培育有免疫功能的水果。基因还可培养用于人体的动物器官。
基因工程应用于刑事鉴定科学，可制作基因指纹。基因指纹用于刑事鉴定的准确率远高于传统的指纹。而且只需获得亿分之一的取样量就可进行，方便易得。亲子基因的鉴定，还可使被拐骗儿童找到自己的亲生父母。
基因工程还可应用于研究动植物的物种起源——科学家利用基因比较发现，鲸与牛的亲缘关系比鱼更接近；中国、美国、加拿大三国科学家通过基因研究宣布鸟类起源于恐龙。
基因工程在其他领域的应用也很广泛。美国科学家利用基因工程在山羊奶中炼出了“生物钢”，他们将蜘蛛蛋白基因转移到山羊的乳房细胞中，使山羊乳汁中产生蜘蛛蛋白，以此制造出一种崭新的蜘蛛丝式纤维。这种纤维不仅可降解，而且其强度足以防弹。科学家们还一直试图从恐龙化石中找到恐龙基因，希望由此复活已灭绝的恐龙。