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<1500）。其样品主要是血浆或者血清、尿液、唾液、以及细胞和组织的提取液，以及细胞和组织的提取液。主要技术手段是核磁共振仪（NMR）、液相色谱质谱联用（LC-MS）、气相色谱质谱联用（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潜在生物标记物（potential biomarkers）。