分子生物學中，分子克隆是最常用的方法之一。適合序列的基因可以插入質體中并與載體連接，接著該質體轉移到大腸桿菌的細胞中。
乳糖操縱子是一個在大腸桿菌及其他腸道菌科細菌內負責乳糖的運輸及代謝的操縱子。它包含了三個相連的結構基因，啟動子、終止子及操縱基因。乳糖操縱子受多種因素所調控，包括葡萄糖及乳糖的含量。乳糖操縱子的基因調節是 首個被闡明的遺傳學調控機制，且被視作為原核生物基因調節的樣本。
乳糖操縱子包含三個結構基因、啟動子、終止子及操縱基因。這三個結構基因稱為lacZ、lacY及lacA。lacZ編碼β-半乳糖苷酶，這是一種將雙糖乳糖水解為葡萄糖與半乳糖兩個單糖的酶。lacY編碼β-半乳糖苷透性酶，這是一種在細胞膜的運送蛋白質，負責將乳糖逼入細胞中。lacA編碼β-半乳糖苷乙酰基轉移酶，這是一種酶將乙酰基從乙醘輔酶A轉移至β-半乳糖苷。當中只有lacZ及lacY在乳糖的分解代謝是必須的。
乳糖操縱子基因的獨特控制受細菌乳糖底物的存在影響。當乳糖不作為唯一碳源存在時，細菌就不會產生蛋白質。乳糖操縱子基因會組成操縱子：它們會在染色體附近被導向成同一方向，并會一并轉錄成單一多基因性的mRNA分子。所有基因的轉錄會由RNA聚合酶（一個DNA結合蛋白）與一個位于基因上游獨特的DNA結合位點結合開始，這個位點稱為啟動子。由這個位點開始，RNA聚合酶會開始轉錄所有三個基因（lacZYA）為mRNA。
對乳糖的調控反應需要一個細胞內的調節蛋白，稱為乳糖阻遏物。lacI基因會為位于乳糖操縱子附近的阻遏基因編碼，并且會表現出來。如果在生長環境中缺乏乳糖，阻遏物會緊密地與位于啟動子下游接近LacZ的短DNA序列（稱為乳糖操縱基因）結合。與操縱基因結合的阻遏物會干擾RNA聚合酶與啟動子的結合，所以mRNA可以在很低水平的情況下為LacZ及LacY編碼。當細胞在有乳糖的環境下成長時，稱為異乳糖的乳糖代謝物會與阻遏物結合，容許RNA聚合酶轉錄乳糖基因，并從而引發高水平的編碼蛋白。
一系列的乳糖衍生物或類似物被認為協助乳糖操縱子的工作。這些化合物主要是取代半乳糖苷，當中乳糖的葡萄糖部分被其他官能團所取代。異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（簡稱IPTG）是經常在生理學上被用來作為乳糖操縱子的誘導物。IPTG與阻褐基因結合并使之不活躍，但卻非β-半乳糖苷酶的基底。IPTG在體內研究的一個優點是它不能被大腸肝菌所代謝，所以細胞的生長率在實驗中并非變數。再者，IPTG能在缺乏lacY基因下而有效地被運送。并且，由于細胞不會代謝IPTG，它的濃度在實驗中并不會改變。
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