代谢组学是系统生物学重要的组成部分，也是最新的“omics，组学”，是20世纪90年代中后期继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的一门新兴学科，是系统生物学的重要组成部分，近年来得到了迅速发展并渗透到多个领域。细胞内的生命活动大多发生于代谢层面，如细胞信号释放，能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的。可以认为，基因组、蛋白质组和代谢组是不同层面和水平上研究生命过程的科学技术平台，而代谢组学则是基因组学和蛋白质组学的延伸。基因组学和蛋白质组学告诉你可能发生什么，而代谢组学则告诉你已经发生了什么。
基因组学是指某一生物的所有DNA中的全部遗传信息，包括基因和非编码DNA，基因组学是一门研究生物的整个基因组的科学；转录组学和蛋白质组学分别在基因的转录和转录后的蛋白质翻译与修饰两个水平上研究基因的功能，但是基因与功能的关系还不能用转录物组、蛋白质组来表达生物体的全部功能，于是出现了对生物体或细胞内所有代谢物（代谢组）进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的代谢组学。
Nicholson将生物样本所有代谢物的定量分析定义为“metabolomics”，而将生物体系对病理生理剌激或遗传修饰所产生的动态代谢反应的定量测量定义为“metabonomics”，二者本质上并没有区别，都可称之为代谢组学。即：在新陈代谢的动态进程中，对由于病理生理刺激或基因突变而引起的生命系统多变量代谢产物的动态变化的定量研究的一门科学。其精髓是：对一个生物系统的细胞在给定时间和给定条件下所有小分子代谢物质的定量分析。其中心任务包括：
① 对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律进行检测，量化和编录，
② 确定此变化规律和生物过程的有机联系。目前国际上形成了代谢组学的两大主流领域：metabonomics和metabolomics。
① 对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律进行检测，量化和编录，
② 确定此变化规律和生物过程的有机联系。目前国际上形成了代谢组学的两大主流领域：metabonomics和metabolomics。
一般认为，metabonomics是通过定性和定量地分析生物体内所有代谢物组成来研究生物代谢途径的一种技术。而metabolomics研究的是生物体在病理生理刺激或基因修饰下其所有代谢物质在不同时间的动态变化规律。前者搬以细胞为研究对象，后者则更注重动物的体液和组织：metabolomics最早出现在 Fiehn小组的工作中，主要以研究植物生理代谢网络为目的，其分析技术主要以气相色谱质谱（GC-MS）为主。而metabonomics最早使用的是核磁共振（NMR）手段分析动物体的代谢过程。两个流派发展到今天已经互相交融，研究手段也涵盖了NMR、GC-MS、LC-MS等技术。总之，代谢组学自从出现以来，引起了各国医学科学家的极大兴趣，广泛地应用于临床医学各个领域，如疾病诊断、治疗评估、药物开发、动物模型、营养科学和肠道菌群微生物代谢组学等方面的研究中。