代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。

基因组学和蛋白质组学分别从和蛋白质层面探寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是与代谢物相关的，如细胞信号（cell signaling），能量传递等都是受代谢物调控的。代谢组学正是研究代谢组（metabolome）——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合——的一门学科。基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关。因此有人认为，基因组学和蛋白质组学能够说明可能发生的事件，而代谢组学则反映确实已经发生了的事情。 新陈代谢网络是十分复杂的网络，特别是人体的代谢网络，一直被认为是最复杂的代谢网络。现在多数信号通路的研究都是集中在代谢网络的一个很小的领域。基因组学、蛋白组学研究已经揭示了部分调节通路，但是和代谢网络直接相关的是代谢产物。代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW<1000）。其样品主要是尿液，血浆或血清，唾液，以及细胞和组织的提取液。主要技术手段是核磁共振（NMR ），液-质联用（LC-MS），气-质联用（GC-MS），色谱（HPLC，GC）等。通过检测一系列样品的谱图，再结合化学模式识别方法，可以判断出生物体的病理生理状态，基因的功能，药物的毒性和药效等，并有可能找出与之相关的生物标志物（biomarker）。