Los xenobióticos son todos los compuestos químicos que se encuentran en un organismo vivo, pero que son ajenos a ese organismo, en el sentido de que normalmente no produce el compuesto ni lo consume como parte de su dieta. Por ejemplo, en los seres humanos, la mayoría de las drogas forman parte de esta categoría, ya que las personas no las producen de forma natural ni las consumen en circunstancias normales. Los xenobióticos también se pueden definir como sustancias que están presentes en concentraciones más altas de lo normal, o aquellas que son completamente artificiales y no existían antes de que fueran producidas sintéticamente por humanos.
Un compuesto que es normal para un organismo puede ser un xenobiótico para otro. Un ejemplo comúnmente utilizado de esto es el efecto que experimentan los peces que viven aguas abajo de la salida de una planta de tratamiento de aguas residuales. Las hormonas producidas por humanos pueden estar presentes, incluso en el agua tratada, y estos compuestos son extraños para los peces.
Cuando un animal produce una toxina como mecanismo de defensa contra los depredadores, estas toxinas también pueden considerarse xenobióticas desde el punto de vista del depredador. Sin embargo, los depredadores también pueden desarrollar defensas contra estas toxinas. Un caso interesante en el que esto ha ocurrido es el del tritón de piel áspera y su depredador, la culebra. La tetrodotoxina es un xenobiótico producido en el cuerpo del tritón, que suele ser muy venenoso para otros animales, pero la culebra ha evolucionado con una resistencia a él para poder seguir cazando al tritón. Se especula que a medida que la especie de tritón produjo concentraciones cada vez más altas del veneno durante generaciones, la culebra de liga desarrolló una resistencia progresivamente más fuerte a él.
Cuando los cuerpos humanos encuentran una sustancia de este tipo, la eliminan mediante un proceso llamado metabolismo xenobiótico. A través de estos procesos, la estructura química del compuesto se modifica y descompone para que el cuerpo lo utilice o para desintoxicarlo, en el caso de algunos venenos. A veces, son estas vías químicas y sus reacciones las que pueden ser fatales, como es el caso de las muertes por intoxicación y las interacciones medicamentosas nocivas.
Las vías metabólicas que utiliza el cuerpo para procesar sustancias extrañas han sido durante mucho tiempo un tema de gran interés por parte de la ciencia médica. Es principalmente a través del estudio de estas vías que se proponen y desarrollan nuevos medicamentos, especialmente en el caso de los medicamentos de quimioterapia utilizados en el tratamiento del cáncer. También son importantes para estudiar los efectos potenciales de los contaminantes en un medio ambiente, para ver si la sustancia química se descompondrá o permanecerá en el medio ambiente y causará daño.