À la base, on retrouve les atomes, principalement l'oxygène, le carbone, l'hydrogène et l'azote, qui s'assemblent en molécules biologiques essentielles comme les protéines, les lipides, les glucides et les acides nucléiques. Ces molécules assurent des fonctions variées telles que la structure, le stockage d'énergie, la communication cellulaire et la transmission de l'information génétique. 

Mais le premier critère universel du vivant est l'existence d'une structure cellulaire. Tout être vivant est constitué d'au moins une cellule, unité fondamentale compartimentée par une membrane qui sépare un intérieur organisé de l'environnement extérieur. Certains organismes, comme les bactéries ou les protozoaires, sont unicellulaires; d'autres, comme un chêne ou un être humain, sont pluricellulaires et voient leurs cellules se spécialiser en tissus, organes et systèmes fonctionnels coordonnés.

La membrane cellulaire régule les échanges avec l'environnement. Le cytoplasme qu'elle enserre contient des organites spécialisés : le noyau, qui abrite l'ADN et contrôle l'activité cellulaire, les mitochondries, responsables de la production d'énergie sous forme d'ATP, les chloroplastes des organismes photosynthétiques, le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi, impliqués dans la synthèse et le transport des protéines et des lipides. Les cellules présentent une grande diversité de formes et de fonctions selon leur spécialisation, comme les neurones pour la transmission de l'influx nerveux ou les cellules musculaires pour la contraction.

Les cellules s'organisent ensuite en tissus. On distingue quatre grands types de tissus. Le tissu épithélial recouvre les surfaces du corps et tapisse les cavités internes, assurant des fonctions de protection, d'absorption et de sécrétion. Le tissu conjonctif soutient et relie les autres tissus, il comprend notamment le sang, le cartilage, les os et le tissu adipeux. Le tissu musculaire est responsable des mouvements grâce à sa capacité de contraction, qu'il soit squelettique (volontaire), cardiaque ou lisse (involontaire). Le tissu nerveux permet la réception, le traitement et la transmission des informations via les neurones et les cellules gliales.

Les tissus se regroupent pour former des organes, structures ayant une fonction précise. Par exemple, le coeur pompe le sang, les poumons assurent les échanges gazeux, et le foie joue un rôle central dans le métabolisme et la détoxification. Chaque organe est constitué de plusieurs types de tissus travaillant de manière coordonnée.

Les organes sont regroupés en systèmes et/ou appareils, chacun remplissant une grande fonction physiologique. Ils peuvent être très différents selon les types d'organismes auxquels on a affaire - plantes, animaux (invertébrés, vertébrés...), et la complexité de leur organisation.

Chez les vertébrés, le système digestif transforme les aliments en nutriments absorbables. Le système respiratoire permet l'oxygénation du sang et l'élimination du dioxyde de carbone. Le système cardiovasculaire transporte les substances nécessaires au fonctionnement des différents organes dans tout l'organisme. Le système nerveux coordonne les activités du corps et permet l'interaction avec l'environnement. Le système endocrinien régule les fonctions corporelles grâce aux hormones. Le système musculosquelettique assure le soutien, la protection et le mouvement. Le système immunitaire défend l'organisme contre les agents pathogènes. Le système urinaire élimine les déchets métaboliques et régule l'équilibre hydrique. Enfin, le système reproducteur permet la perpétuation de l'espèce.

Au sein de chaque cellule, et à l'échelle de l'organisme tout entier, se déroule un métabolisme actif, c'est-à-dire un réseau de réactions chimiques couplées qui permettent de transformer la matière et l'énergie. Ces processus incluent la dégradation de nutriments pour produire de l'énergie utilisable, sous forme d'ATP dans la plupart des cas, ainsi que la biosynthèse des macromolécules indispensables à la structure et au fonctionnement : protéines, acides nucléiques, glucides complexes et lipides. Cette activité métabolique maintient l'organisme dans un état de déséquilibre thermodynamique contrôlé, loin de l'équilibre avec le milieu ambiant. Un autre trait fondamental est la capacité d'homéostasie, c'est-à-dire l'aptitude à réguler le milieu intérieur (température, pH, concentration en ions, glycémie, etc.) dans des limites compatibles avec la vie, en dépit des variations externes. Des boucles de rétroaction négatives et positives, impliquant des signaux moléculaires, nerveux ou hormonaux, assurent cette stabilité dynamique.

La croissance et le développement caractérisent également le vivant. Un organisme augmente de taille et de complexité par multiplication cellulaire et par synthèse de biomasse, selon un plan d'organisation codé dans son génome. Chez les organismes pluricellulaires, la succession programmée de divisions, de migrations et de différenciations cellulaires conduit d'un oeuf fécondé à un adulte capable de se reproduire. 

La reproduction, justement, est la fonction qui permet de générer de nouveaux individus et d'assurer la continuité de l'espèce. Elle peut être asexuée, produisant des clones génétiquement identiques, ou sexuée, brassant les gènes de deux parents pour engendrer une descendance génétiquement unique. Cette transmission de l'information héréditaire repose sur la molécule d'ADN, support quasi universel de l'hérédité, capable de se répliquer avec une grande fidélité tout en autorisant des variations aléatoires, les mutations.

La sensibilité et la réactivité aux stimuli sont d'autres attributs essentiels. Du réflexe de retrait d'une paramécie face à une substance irritante jusqu'à la perception visuelle ou auditive d'un mammifère, les organismes vivants détectent des signaux physiques et chimiques dans leur environnement et élaborent des réponses adaptées. Ces réponses, parfois immédiates, s'intègrent aussi dans des phénomènes de mémoire, d'apprentissage et de comportements plus complexes, en particulier chez les animaux dotés d'un système nerveux.

À l'échelle des populations et sur de longues périodes, le vivant évolue. La théorie de l'évolution par sélection naturelle explique que les variations héréditaires qui confèrent un avantage reproductif dans un environnement donné tendent à se répandre au fil des générations, tandis que les formes moins avantageuses sont éliminées. Ce mécanisme, auquel s'ajoutent la dérive génétique, les flux de gènes et d'autres forces évolutives, explique à la fois l'unité fondamentale du vivant (partage d'un code génétique commun, mêmes briques moléculaires, processus métaboliques semblables) et son extraordinaire diversité. 

On classe aujourd'hui le monde vivant en trois grands domaines : les Bactéries, les Archées et les Eucaryotes. Les deux premiers regroupent des organismes unicellulaires dépourvus de noyau, les procaryotes. Les Eucaryotes possèdent des cellules compartimentées avec un noyau qui renferme l'ADN, et englobent une variété immense de formes : des protistes unicellulaires ou coloniaux, des champignons (fungi) aux modes de vie absorbotrophes, des végétaux capables de photosynthèse, et des animaux hétérotrophes mobiles. Certains organismes vivent en associations symbiotiques si étroites qu'ils forment des entités fonctionnelles hybrides, comme les lichens nés de l'union entre un champignon et une algue ou une cyanobactérie.

La question des limites du vivant peut se poser à propos des virus. Ces entités, constituées d'un acide nucléique protégé par une coque protéique, ne possèdent ni métabolisme propre ni structure cellulaire et ne peuvent se multiplier qu'en détournant la machinerie d'une cellule hôte. Ils ne sont généralement pas considérés comme des organismes vivants à part entière, mais plutôt comme des parasites moléculaires situés à la frontière du vivant. Leur existence souligne néanmoins que la nature ne se plie pas toujours à des catégories étanches.

Un organisme vivant se définit ainsi par une combinaison dynamique de structures organisées, d'un flux constant de matière et d'énergie, d'une information héréditaire capable de se transmettre et de se modifier, et d'une interaction permanente avec le milieu qui le sélectionne et le façonne. Cette définition unitaire n'efface pas l'immense diversité des stratégies d'existence, depuis les micro-organismes extrêmophiles des sources hydrothermales jusqu'aux sociétés complexes des primates, en passant par la symbiose silencieuse du corail ou la floraison saisonnière d'une prairie. C'est cette unité dans la diversité qui constitue la signature même du monde vivant.