生物學實驗還有另一個重要的角色，就是「實驗系統」（experimental system）。「實驗系統」概念最早由波蘭學者弗萊克（Ludwik Fleck）提出，後來任柏格（Hans-Jörg Rheinberger）接著發展 ①。任柏格從1940年代到1960年代分子生物學家在試管中研究蛋白質合成的歷史中，刻劃出一組由「實驗系統」、「知識事物」、「技術對象」等元素構成的實驗發展模式或動力學，1997年出版《朝向知識事物的歷史：在試管中合成蛋白質》（Toward a History of Epistemic Things: Synthesizing Proteins in the Test Tube）。
對任柏格來說，實驗系統是科學研究實作中最小但是完整的工作單位（the smallest integral working units of research）（Rheinberger 1997: 28），而且，生命科學的研究常「始於一個系統的選擇，而不是理論架構的選擇（Rheinberger 1997: 25）。實驗系統是「實驗者去設計一個可操控的實驗系統，但實驗者對要問什麼問題都還不知道」（Rheinberger 1997: 28）。台灣科哲家陳瑞麟也曾如此介紹任柏格的實驗系統：「一位研究者處理的不是相關到一個理論的孤立實驗，而是一個整體實驗安排（a whole experimental arrangement），被設計來產生他尚未掌握的知識。更重要的是，實驗科學家處理的諸實驗系統通常沒有良好的定義，也不能提供清楚的答案。」（陳瑞麟，2012，頁469）一切，包括問題與答案，都是做了實驗，自然就會產生。
任柏格以1950年代分子生物學家詹美尼克（Paul Zamecnik）的「生物體外」或「試管內」的實驗系統（in-vitro system）為研究案例。這其中，所謂的「試管內」系統是指不含任何細胞，實驗者是從生物細胞中提取生物存有物，稱作「細胞提取物」（cell extert）來做實驗。最開始，生物學家是從大腸桿菌中提取細胞液，後來模式生物種類變多，也從兔子或酵母菌身上提取細胞提取物。一般而言，細胞提取物保存了能使蛋白質進行合成機制的功能性。而且，相較於從生物體所產生的自然RNA，試管內系統裡面則是含有「被設計好的」（programmed）的人工合成RNA。此外，試管內的實驗系統也會包含針對蛋白質在合成過程中出現各種活動的「測量步驟」，一般稱為「測定」或「分析」（assay），如分子生物學家對胺基酸注入具有放射性同位素（如硫-35）的化學物質，製造含有放射性標記的胺基酸，讓生物學家可以去測量量上的變化。
生物史上最有名的實驗大概是，1961年美國生物學家尼倫伯格（Marshall Nirenberg）和馬特伊（Heinrich Mattaei）把大腸桿菌磨碎，取出其細胞提取液後將之保溫，以停止裡面原有的蛋白質進行合成，然後，他們加入外部、人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（poly-U），並補充ATP、GTP、和具有放射性標記的胺基酸等成分，最後，他們成功合成出多肽鍊，也就是蛋白質，並且證實蛋白質的密碼子是UUU（這是人類第一個解開的遺傳密碼），更重要的是，這個尿嘧啶（U）是RNA才有鹼基（DNA沒有尿嘧啶），如此，解開了分子生物學中心法則中，從DNA轉變到蛋白質中間未知的階段或未解開的黑盒子，原來是RNA，而不是當時生物學家猜測的其他存有物 。
對於這段分子生物學的實驗發展，任柏格以實驗系統的觀點去分析它。首先，呼應上面所提到的，實驗生物學家操作的對象，不是某個理論設計下的孤立實驗，而是一整套實驗安排。如尼倫伯格的實驗，涉及許多且連續的實驗步驟，而且，尼倫柏格團隊一開始沒想到會解開UUU遺傳密碼，是他們所發展的實驗系統提供很多有別於數學和密碼學的研究資源，爲他們後來解開遺傳密碼，甚至幫忙發現分子生物學中心法則的關鍵內容提供很大的助力。
事實上，尼倫伯格及其團隊一開始的領域是癌症細胞研究。當時生物學家已經知道癌細胞的代謝調控機制不同於一般正常細胞，特別是蛋白質合成的速度特別不一樣，所以他們想要研究癌細胞的蛋白質合成，沒想到，實驗系統一路帶領他們從癌症研究、到生化學、再從生化學到分生學，這種跨越學科邊界的研究不僅使他們解開遺傳密碼 ②，還發現蛋白質合成重要的步驟之一，而這些發現均受到後來其他生物領域的重用，如發現能穿透內質網和粒線體內膜的蛋白質運輸。這表示，一個實驗系統不會受限於單一學科，實驗系統不僅不會只留在原學科發展，它可能可以促使其他學科重組，與不同領域的實驗系統融合（任柏格的用詞是生物學語詞「雜交」（“hybridization”, Rheinberger 1997: 135），或另外發展另一個分支系統 ③。我們可以說，這是新實驗主義者哈金（Ian Hacking）所謂「實驗自有其生命」（Hacking 1983: 150）之現代分子生物學的證明案例。
再來是「知識事物」（epistemic things），根據陳瑞麟，「知識事物是構成被探討對象的物質元目（存有物）或歷程」，包括物理結構、化學反應、生物功能等（陳瑞麟，2012，頁469）。知識事物會在實驗系統中，不預期地出現或消失，或曾經出現後來消失再以另一種形式出現。出現時，是藉由「技術對象」（technical objects）顯現，技術對象指「實驗條件或實驗安排，包括工具、記號、模式生物⋯透過技術對象，知識事物才可能在種種知識實作與物質文化中被精練和鞏固。總而言之，如果想理解實驗如何產生知識，必須分析實驗系統，包括它探討的知識事物，以及做為探討工具的技術對象」（頁470）由此可知，知識事物和技術對象是實驗操作中，兩個存有學異質但彼此不可或缺的元素。
拿實際的實驗系統來說，一個實驗系統通常會包括一些特定的材料、必須的裝置、預備程序、儲存裝置、測量技術、和實驗室指引或實驗步驟（lab protocols）等。除了這些物質性的資源（material resources）外，還有概念上的資源（conceptual resources），如實驗指南中描述實驗者該如何準備細胞提取物，而細胞提取物就是一種「概念存有物」（conceptual entity），因為，實驗者必須先知道自己在提取什麼，才會了解實驗室指引在說什麼，否則，對一個完全外行的人來說，他走進實驗室看了實驗指引，但肯定是有看沒有懂，完全不知道該如何使用實驗裝置或操作儀器，就算此時他旁邊有位同行耐心地「教導」他如何萃取蛋白質、將試管置入離心機進行離心、接著分別取出試管上方的上清液與試管下方的沈澱物等動作，他還是不知道自己眼前或手上的「東西」（技術對象）是什麼？他若想要了解，就需要有「概念的指引」（guidance of concepts），幫助他認識「知識事物」，韋柏稱為「認知資源」（cognitive resource）（Weber 2005: 132）。畢竟，實驗者在實驗室裡的每一個行為背後，或多或少都需要概念指引。
這也就是為什麼韋柏會說，像「上清液」（“supernatant”）、「沈澱物」（“pellet”）、或「帶（即帶狀的反應標記）」（“band”）這些概念，不僅是一種「觀察概念」（observation concepts），其實，它們都與概念或理論有關。或許我們可以說，它們是實驗系統裡的「理論詞」（theoretical terms）（Weber 2018）。因為，實驗系統就不會是一個獨立於實驗者心靈之外的物質存有物，而是存在於由實驗者腦中概念所指導並做出來的實驗行為中（Weber 2018）。
① 關於弗萊克介紹，可見國內學者陳恆安教授寫的〈梅毒：一個科學事實的發生與發展〉。
② 最終，尼倫伯格在1966年解開了64個，即所有的密碼子。1968年，他與另一位生物學家科拉納（Har G. Khorana）獲得諾貝爾獎。
③ 關於實驗系統會繼續發展，陳瑞麟提到，那是任柏格受法國哲學家德希達（Jacques Derrida）影響，任柏格以「延異」（difference），即「差異化」來理解實驗再被生產的過程，詳細內容可見陳瑞麟，2012，第十章，頁468-470。
④ Weber, Marcel (2005). “Experimental Systems: A Life of Their Own?” In Philosophy of Experimental Biology, ch. 5.
