Большое место в кибернетическом наследии Алексея Андреевича занимают исследования процессов управления в живых организмах. Применение в биологии методов математического моделирования и внедрение в биологическую теорию и практику точных определений и доказательных рассуждений математического характера являлось не только заслугой, но и любимым детищем А.А. Ляпунова, фактического основоположника «кибернетической биологии».

Интерес к биологии проявился у А.А. довольно рано: его первые публикации о применении математических методов в биологии, а именно в генетике, относятся еще к 1941 году. В кибернетический период научной деятельности А.А. круг его интересов в этой области стал очень широким. Работы А.А. и его учеников по математическому моделированию биологических процессов охватывают самые разные уровни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционный. Так, к организменному уровню относятся работы по математическому моделированию работы эндокринной системы, системы кровообращения и др. Ряд исследований был посвящен проблемам эволюции популяций. Много внимания А.А. уделял биогеоценологии, исследованию совокупности популяций, совместно существующих на общей территории. Биогеоценозы являются естественными составными частями биосферы. К этой сфере относятся работы по моделированию океанических ценозов. Кроме того, им были начаты серьезные работы по моделированию почв и почвообразовательных процессов. Важность этих работ подтверждается тем фактом, что исследование ресурсов биосферы стало признанной международной проблемой. Алексей Андреевич должен был возглавить в качестве научного руководителя работу Национального комитета СССР по этой проблеме и только преждевременная смерть этому помешала.

Особенно следует упомянуть работы А.А., посвященные управляющим системам живой природы, поскольку проблема управления является основополагающей кибернетической проблемой. А.А. интересовали вопросы иерархической организации систем управления, вопросы возникновения, развития и взаимодействия управляющих систем разных уровней, вопросы кодирования и функционирования информации в них. Причем важно отметить, что все управление на разных уровнях рассматривалось им с единой системной точки зрения.

Интересы Алексея Андреевича в области биологии простирались до философских проблем определения сущности жизни. Используя понятие «живое вещество» в формулировке В.И. Вернадского, А.А. определяет его как «ограниченно однородное, относительно и повышенно устойчивое, обладающее сохраняющими реакциями и управляющими системами». Понятие «жизнь» определено им как «высокоустойчивое состояние вещества, использующее для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул». А.А. формулирует представления об иерархии управляющих систем в живых организмах и рассматривает их структуру, взаимодействие и соподчинение на разных уровнях структурной организации живой материи. Распространение на биологические системы положений общей теории управляющих систем позволяет проводить глубокий логико-кибернетический анализ структурной и функциональной организации биологических систем, вскрывать закономерности их эволюции, рассматривать под новым углом зрения их классификации.

 Обсуждению разных вопросов кибернетического осмысления жизненных явлений посвящены многие публикации и доклады А.А., начиная с середины 50-х годов и до конца жизни. Наиболее полно его размышления в этой области и результаты исследований, проведенных в разные годы в коллективах его учеников и единомышленников, изложены в статье «О кибернетических вопросах биологии» (1972), которая была задумана Алексеем Андреевичем как конспективное изложение монографии, над которой он работал последние годы жизни, так и не успев довести ее до конца.