生物體從環境中攝取營養物轉變為自身組成成分，同時自身原有組成成分消耗轉變為廢物排泄到環境中去的不斷更新的過程。簡稱代謝。生物體組成複雜，不同的組織有所差別，新陳代謝的方式也有所不同，通過各種各樣的物理與化學過程進行代謝，就可以體現出各種複雜多變的生命現象。就化學變化而言，凡將大分子化合物轉變為小分子物質乃至排泄廢物的化學過程稱為分解代謝，如葡萄糖分解為乳酸，乃至進一步氧化成水與二氧化碳，脂肪酸氧化成酮體，，蛋白質水解為氨基酸的化學過程，均屬分解代謝；凡將小分子化合物轉變為大分子化合物的過程稱為合成代謝，如葡萄糖聚合成糖原，氨基酸聚合成蛋白質，核苷酸聚合成核酸等，均屬合成代謝。新陳代謝正是通過多種多樣的合成代謝與分解代謝而完成的，而每一種合成代謝或分解代謝又都是通過一系列化學反應來完成的。通常將此聯系起來的化學反應過程稱為代謝通路。代謝通路一般是在溫和的環境中，主要經各種酶的催化作用，高速有序地進行，以適應千變萬化地各種生命活動。
新陳代謝的意義 對於維持生物體的結構，新陳代謝體現驚人的速率與復雜性。培養基中培養的大腸桿菌在增殖過程中，不僅以每分鐘106核苷酸對的速率合成著DNA，同時還要在菌體中合成無數的蛋白質及其他有機化合物，有的化合物甚至可達數億個分子，高等動物體內合成的蛋白質種類有幾萬種，擔負著各種組織特有的生命活動。不僅在胚胎及生長期通過各種營養成分合成各種機體成分，以完成各個時期發育及生長活動的需要；即使體重變化不大的成年人或成年動物中，也能通過快速的新陳代謝以適應瞬息萬變所需要的生理活動變化。各種組織即使形態上未發生明顯變化，通過快速的新陳代謝更新其結構組成，以完成各種生理活動，如神經興奮、肌肉收縮等，即使骨骼也可通過成分的更新來改變其結構，以支持其勞動、運動乃至體重負荷的改變。
在維持生物體能量供應上，新陳代謝是離不開能量的。事實上新陳代謝的化學變化必然耦聯著能量的變化，通常將此稱為能量代謝。新陳代謝中的化學變化必須依靠能量的推動，而化學變化產生的能量變化又可以轉換成生命活動過程中的機械能、電能、滲透能等。化學過程中散發的熱能最終成為維持體溫的熱能。
基礎代謝 人體處於清醒、安靜、並盡可能排除肌肉活動、進食、環境溫度和精神緊張等影響下的能量代謝。此時能量消耗僅限於維持心跳、呼吸等一些基本生理活動的新陳代謝。此時代謝率較低而穩定，通常以每小時、每平方米體表面積的產熱量的基礎代謝率單位，這是由於各種動物的體表熱量損失與體表面積的關系基本上是恒定的。實際測定時則可用耗氧量來推算產熱量。
新陳代謝調節 在復雜多變的生物體內，新陳代謝必須適應內外環境的改變而維持穩態平衡，這是通過多方面多層次的調節來完成的。
酶反應的調節 新陳代謝通路中的各種化學過程，幾乎都是由多種多樣的酶來催化完成的。酶分子的結構與功能的改變，或是酶量的改變，是調節化學反應最直接的因素，在酶分子所處的環境中，底物或產物的濃度、輔酶濃度、激活劑及抑制劑的作用以及酶與這些物質在細胞內的分隔狀態是否影響酶與它們的接觸，都會影響酶作用的發揮。在代謝通路中起限速作用的關鍵酶的調節尤其重要，往往通過別構劑的作用改變酶分子的構象而影響其活性，有些酶作用的底物往往是該酶的別構激活劑，底物增多時可以迅速增強酶反應速率；有時代謝通路的產物又往往是其關鍵酶的別構抑制劑，從而延緩該代謝通路的進行，進而維持體內代謝以穩態的方式進行。此外，酶的化學修飾也可顯著改變酶的活性，最常見的磷酸化修飾，常常是通過各種激酶的催化作用來完成的，也可通過各種磷酸酶催化消除這些關鍵酶上的磷酸基因，而改變其活性。這在代謝調節上具有更迅速地適應環境變化的作用。如糖原分解中的關鍵酶——糖原磷酸化酶b幾乎無活性，經磷酸化酶激酶作用而修飾成帶上磷酸基因的磷酸化酶a元而具有充分活性，加強糖原的分解。而磷酸化酶激酶還可被其他激酶催化而進行磷酸化修飾而加強活性，通過這種級聯式的磷酸化修飾，使糖原磷酸化酶活性的增加就更加顯著，這對糖原分解代謝的調節就更為有效瞭。
在一般情況下，關鍵酶的合成往往不處在最高峰，原因是存在一些能壓制合成的物質。當新的情況要求更多的酶時，這些壓制合成的物質被除去，酶的合成率增加到酶活性足以應付增加的要求，大腸桿菌的一些酶的活性，有的可以到達1 000倍以上。這些改變合成速率的變化，通常是通過基因表達的改變而實現的。因此在環境因素的影響下，改變基因轉錄的調控、翻譯過程的調控，以及翻譯後加工乃至蛋白質降解的調控，都會改變某種關鍵酶的含量而調節物質代謝。
酶合成的調控雖然需要較長的時間，效果卻較為深入而持久。高等生物在遇到較嚴重的環境變化時，也能作出適當的反應，使某些關鍵酶的合成率增加或減少。例如，饑餓時，丙酮酸羧化酶的合成率可達平時的10倍左右，而葡萄糖激酶和脂肪酸合成酶的活力則下降約10倍，完全符合饑餓狀態下糖原異生增強的要求。
細胞水平的調節 細胞內進行著多種物質代謝通路，從而完成各種細胞活動。這需要適應內外環境的變化進行統一的、相互協調的調節作用，才能順利完成。已知激素、生長因子、神經遞質乃至代謝物都可以通過細胞膜上特異受體，或直接進入細胞，通過細胞內受體。通過這些受體進行信息轉導，而作用於多種代謝通路的酶反應，乃至調控基因表達，改變細胞內多種物質代謝及其生物學功能。許多肽類激素或生長因子、神經遞質等通過細胞膜受體可在細胞內產生環磷酸腺苷(cAMP)、三磷酸肌醇以及胞液中的Ca2+離子濃度作為第二信使而進一步調控許多代謝過程；有些受體則具有激酶活性，通過級聯式磷酸化過程進行信息轉導，調節著一些酶或蛋白質因子的活性及含量的變化，從而影響著代謝通路的進行，乃至基因表達的調控。如胰島素及上皮生長因子的受體具有酪氨酸蛋白激酶活性，使某些蛋白質磷酸化，通過級聯反應，將信息轉導入細胞核，影響基因表達等生物過程。
整體水平的調節 內外環境對高等生物體的影響主要是通過神經體液的調節來改變其新陳代謝模式。環境中強烈的應激刺激固然可以通過交感神經、腎上腺、髓質反應核、下丘腦–垂體–腎上腺皮質等作用，產生的激素再作用全身大多數器官、組織乃至細胞，改變其中多種物質的代謝，以適應環境的變化，保護機體的生存。即使一般的勞動、運動、進食、睡眠、體位改變、情緒波動等也會通過神經體液的改變來調節各器官、組織及細胞中的代謝，以適應整體功能的要求。以禁食或饑餓為例，初期可通過胰高血糖素分泌增多，使肝糖原分解加強以維持血糖濃度，保證腦組織對能源的需求，以後則依靠氨基酸等進行糖異生作用，因而加強瞭肌肉蛋白質的分解代謝，同時加強瞭脂肪組織中脂肪的分解代謝，提供遊離脂肪酸以供各種組織及細胞活動所需的能源。長期饑餓時，則隨著胰島素進一步分泌減少及胰高血糖素分泌增加，肌肉中蛋白質分解代謝受到蛋白質含量的限制，肝中異糖生反而減少，血中葡萄糖也趨於下降，此時體內能源主要依靠脂肪分解來提供，大量遊離脂肪酸在肝中氧化時則受到糖氧化不足的影響而大量生成酮體，酮體在腦中也增強代謝以代替其對葡萄糖的需求。由此可見，隨著饑餓時間延長，體內多種組織的代謝過程可以發生多階段層次的變化，以適應生命的延續。
病理狀態下的調節 炎癥、腫瘤或過敏性病變，都可能在相應的組織中出現各種異常的代謝情況，有些是相當特殊的。如腫瘤組織中糖酵解加強，原來正常組織中糖的有氧氧化可以抑制糖酵解的巴斯德效應也不出現，惡性腫瘤中甚至出現糖酵解抑制糖有氧氧化的反巴斯德效應（又稱Crabtree效應）。各種激素的分泌過多、生產不足，或是受體異常，乃至細胞內轉導通路的變化，都會引致各種代謝方式的變化，成為導致各種疾病的重要病因。先天性代謝病變常常是基因水平上的變化影響某種物質的代謝，但可進一步在細胞內影響其他物質代謝，進而在細胞水平乃至整體水平上出現調節異常，形成各種特有的疾病狀態。