Os xenobióticos são quaisquer compostos químicos encontrados em um organismo vivo, mas que são estranhos a esse organismo, no sentido de que normalmente ele não produz o composto nem o consome como parte de sua dieta. Por exemplo, em humanos, a maioria das drogas faz parte desta categoria, já que as pessoas não as produzem naturalmente, ou as consomem em circunstâncias normais. Os xenobióticos também podem ser definidos como substâncias que estão presentes em concentrações acima do normal ou que são inteiramente artificiais e não existiam antes de serem produzidas sinteticamente por humanos.
Um composto que é normal para um organismo pode ser um xenobiótico para outro. Um exemplo comumente usado disso é o efeito experimentado por peixes que vivem a jusante da saída de uma estação de tratamento de esgoto. Hormônios produzidos por humanos podem estar presentes, mesmo em água tratada, e esses compostos são estranhos para os peixes.
Quando um animal produz uma toxina como mecanismo de defesa contra predadores, essas toxinas também podem ser consideradas xenobióticas do ponto de vista do predador. No entanto, os predadores também podem desenvolver defesas contra essas toxinas. Um caso interessante em que isso ocorreu é no tritão de pele áspera e seu predador, a cobra-liga. A tetrodotoxina é um xenobiótico feito no corpo da salamandra, que geralmente é muito venenoso para outros animais, mas a cobra-liga evoluiu com uma resistência a ela para poder continuar a atacar a salamandra. Especula-se que, à medida que a espécie tritão produzia concentrações cada vez maiores do veneno ao longo das gerações, a cobra-liga desenvolveu uma resistência progressivamente mais forte a ele.
Quando os corpos humanos encontram essa substância, eles a removem por meio de um processo chamado metabolismo xenobiótico. Por meio desses processos, a estrutura química do composto é modificada e decomposta para ser utilizada pelo corpo ou desintoxicada, no caso de alguns venenos. Às vezes, são essas vias químicas e suas reações que podem ser fatais, como é o caso de mortes por envenenamento e interações medicamentosas prejudiciais.
As vias metabólicas que o corpo usa para processar substâncias estranhas têm sido um assunto de grande interesse por parte da ciência médica. É principalmente por meio do estudo dessas vias que novos medicamentos são propostos e desenvolvidos, especialmente no caso dos quimioterápicos usados no tratamento do câncer. Eles também são importantes para estudar os efeitos potenciais dos poluentes em um ambiente, para ver se o produto químico será decomposto ou permanecerá no meio ambiente e causará danos.