Xenobioticele sunt orice compuși chimici care se găsesc într-un organism viu, dar care sunt străini acelui organism, în sensul că în mod normal nu produce compusul sau îl consumă ca parte a dietei sale. De exemplu, la oameni, majoritatea medicamentelor fac parte din această categorie, deoarece oamenii nu le produc în mod natural și nici nu le consumă în circumstanțe normale. Xenobioticele pot fi, de asemenea, definite ca substanțe care sunt prezente în concentrații mai mari decât cele normale sau care sunt în întregime artificiale și nu existau înainte de a fi produse sintetic de către oameni.
Un compus care este normal pentru un organism poate fi un xenobiotic pentru altul. Un exemplu folosit în mod obișnuit în acest sens este efectul experimentat de peștii care trăiesc în aval de la ieșirea unei stații de epurare. Hormonii produși de oameni pot fi prezenți, chiar și în apa tratată, iar acești compuși sunt străini în ceea ce privește peștii.
Atunci când un animal produce o toxină ca mecanism de apărare împotriva prădătorilor, aceste toxine pot fi considerate și ca xenobiotice din punctul de vedere al prădătorului. Totuși, prădătorii pot dezvolta și apărarea împotriva acestor toxine. Un caz interesant în care s-a întâmplat acest lucru este cel al tritonului cu pielea aspră și al prădătorului său, șarpele jartieră. Tetrodotoxina este un xenobiotic produs în corpul tritonului, care este de obicei foarte otrăvitor pentru alte animale, dar șarpele jartieră a evoluat cu rezistență la acesta pentru a putea continua să pradă tritonul. Se speculează că, pe măsură ce specia de triton a produs concentrații din ce în ce mai mari de otravă de-a lungul generațiilor, șarpele de jartieră a dezvoltat o rezistență progresivă mai puternică la aceasta.
Când corpurile umane întâlnesc o astfel de substanță, o îndepărtează printr-un proces numit metabolism xenobiotic. Prin aceste procese, structura chimică a compusului este modificată și descompusă fie pentru a fi folosită de organism, fie pentru a fi detoxificată, în cazul unor otrăvuri. Uneori, aceste căi chimice și reacțiile lor pot fi fatale, așa cum este cazul deceselor prin otrăvire și interacțiunilor dăunătoare cu medicamentele.
Căile metabolice pe care organismul le folosește pentru a procesa substanțe străine au fost de multă vreme un subiect de mare interes din partea științei medicale. În mare parte, prin studierea acestor căi sunt propuse și dezvoltate noi medicamente, în special în cazul medicamentelor pentru chimioterapie utilizate în tratamentul cancerului. Ele sunt, de asemenea, importante în studierea efectelor potențiale ale poluanților asupra unui mediu, pentru a vedea dacă substanța chimică va fi descompusă sau va rămâne în mediu și va provoca daune.