Wątroba jest niezbędna dla metabolizmu organizmu. Fizjologia wątroby koncentruje się na komórkach zwanych hepatocytami, które zawierają tysiące enzymów kierujących procesami metabolicznymi organizmu. Procesy w wątrobie rozkładają związki, przechowują składniki odżywcze i wysyłają związki do wydalenia z żółcią lub moczem. Wątroba odfiltrowuje również uszkodzone komórki krwi i syntetyzuje białka osocza, takie jak czynniki krzepnięcia i insulinopodobny czynnik wzrostu. Jest podzielony na wiele segmentów i zrazików zorganizowanych wokół skomplikowanego dopływu krwi.
Wątroby ludzkie są podzielone na 20 segmentów, z których każdy ma oddzielne gałęzie naczyń krwionośnych. Segmenty składają się ze struktur zwanych zrazikami. Należą do nich obszary komórek wątroby w kształcie sześciokąta, które są ułożone wokół żyły, która przechodzi między komórkami w sinusoidach. Krew przepływa przez żyły w tych przestrzeniach, do żyły centralnej wątroby, pozwalając na wypływ 1.5 litra (około 0.4 galona) krwi z narządu na minutę.
Czerwone krwinki (RBC) są usuwane przez wątrobę, jeśli są uszkodzone lub pod koniec ich 120-dniowego cyklu życia w procesie znanym jako fagocytoza. Setki czerwonych krwinek na minutę są usuwane wraz z bakteriami przez komórki Kupffera w sinusoidach. Enzymy, które są częścią fizjologii wątroby, są również zdolne do rozkładania i usuwania toksyn z układu krwionośnego. Aminokwasy uwalniane przez układ pokarmowy przechodzą przez wątrobę do krwi, budując białka potrzebne do produkcji energii.
Metabolizm białek jest napędzany przez wątrobę. Częścią fizjologii wątroby jest również zdolność narządu do przechowywania różnych związków. Nadmiar glukozy jest usuwany z krwi, a wątroba może magazynować glikogen w ilości do 8% swojej wagi. Przechowuje również 10-miesięczny zapas witaminy A, roczny zapas witaminy B12 i trzy-cztery miesiące witaminy D. Większość witaminy A przechowywanej w organizmie znajduje się w kropelkach tłuszczu w wątrobie.
Fizjologia wątroby obejmuje również regulację krzepnięcia krwi. Zapasy witaminy K pozwalają na syntezę czynników krzepnięcia. Trawienie i wchłanianie tłuszczu jest możliwe dzięki innym funkcjom wątroby. Sole żółciowe mogą rozbijać skupiska tłuszczu, a rozpuszczalne w wodzie kwasy tłuszczowe są metabolizowane i odkładane jako tkanka tłuszczowa. Jeśli nie fizjologia wątroby, mocznik i inne produkty uboczne nie dostają się do filtrowanej krwi, osocze nie jest filtrowane, powodując żółtaczkę, a cukry nie przedostają się do krwi, co szybko prowadzi do śmierci.