Ξενοβιοτικά είναι όλες οι χημικές ενώσεις που βρίσκονται σε έναν ζωντανό οργανισμό, αλλά είναι ξένες σε αυτόν τον οργανισμό, με την έννοια ότι κανονικά δεν παράγει την ένωση ή δεν την καταναλώνει ως μέρος της διατροφής του. Για παράδειγμα, στους ανθρώπους, τα περισσότερα φάρμακα ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία, καθώς οι άνθρωποι δεν τα παράγουν φυσικά ή δεν τα καταναλώνουν υπό κανονικές συνθήκες. Τα ξενοβιοτικά μπορούν επίσης να οριστούν ως ουσίες που υπάρχουν σε συγκεντρώσεις υψηλότερες από το κανονικό ή ως ουσίες που είναι εξ ολοκλήρου τεχνητές και δεν υπήρχαν πριν παραχθούν συνθετικά από τον άνθρωπο.
Μια ένωση που είναι φυσιολογική για έναν οργανισμό μπορεί να είναι ξενοβιοτική για έναν άλλο. Ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο παράδειγμα αυτού είναι η επίδραση που βιώνουν τα ψάρια που ζουν κατάντη από την έξοδο μιας μονάδας επεξεργασίας λυμάτων. Ορμόνες που παράγονται από τον άνθρωπο μπορεί να υπάρχουν, ακόμη και σε επεξεργασμένο νερό, και αυτές οι ενώσεις είναι ξένες όσον αφορά τα ψάρια.
Όταν ένα ζώο παράγει μια τοξίνη ως μηχανισμό άμυνας έναντι των αρπακτικών, αυτές οι τοξίνες μπορούν επίσης να θεωρηθούν ως ξενοβιοτικά από τη σκοπιά του αρπακτικού. Ωστόσο, τα αρπακτικά μπορούν επίσης να αναπτύξουν άμυνες ενάντια σε αυτές τις τοξίνες. Μια ενδιαφέρουσα περίπτωση στην οποία συνέβη αυτό είναι ο τραχύς τρίτωνας και ο θηρευτής του, το φίδι καλτσοδέτα. Η τετροδοτοξίνη είναι ένα ξενοβιοτικό που παρασκευάζεται στο σώμα του τρίτωνα, το οποίο είναι συνήθως πολύ δηλητηριώδες για άλλα ζώα, αλλά το φίδι της καλτσοδέτας έχει εξελιχθεί με αντίσταση σε αυτό για να μπορεί να συνεχίσει να λεηλατεί τον τρίτωνα. Εικάζεται ότι καθώς το είδος του τρίτωνα παρήγαγε όλο και υψηλότερες συγκεντρώσεις του δηλητηρίου με την πάροδο των γενεών, το φίδι από καλτσοδέτα ανέπτυξε σταδιακά ισχυρότερη αντίσταση σε αυτό.
Όταν τα ανθρώπινα σώματα συναντούν μια τέτοια ουσία, την αφαιρούν μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ξενοβιοτικός μεταβολισμός. Μέσω αυτών των διεργασιών, η χημική δομή της ένωσης τροποποιείται και διασπάται ώστε είτε να χρησιμοποιηθεί από τον οργανισμό είτε να αποτοξινωθεί, στην περίπτωση ορισμένων δηλητηρίων. Μερικές φορές, αυτές οι χημικές οδοί και οι αντιδράσεις τους μπορεί να είναι θανατηφόρες, όπως συμβαίνει με τους θανάτους από δηλητηρίαση και τις επιβλαβείς αλληλεπιδράσεις με φάρμακα.
Οι μεταβολικές οδοί που χρησιμοποιεί το σώμα για την επεξεργασία ξένων ουσιών αποτελούν εδώ και καιρό αντικείμενο μεγάλου ενδιαφέροντος από την πλευρά της ιατρικής επιστήμης. Είναι σε μεγάλο βαθμό μέσω της μελέτης αυτών των οδών που προτείνονται και αναπτύσσονται νέα φάρμακα, ειδικά στην περίπτωση των φαρμάκων χημειοθεραπείας που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία του καρκίνου. Είναι επίσης σημαντικά για τη μελέτη των πιθανών επιπτώσεων των ρύπων σε ένα περιβάλλον, για να διαπιστωθεί εάν η χημική ουσία θα διασπαστεί ή θα παραμείνει στο περιβάλλον και θα προκαλέσει βλάβη.