Ksenobiootit ovat kemiallisia yhdisteitä, joita esiintyy elävässä organismissa, mutta jotka ovat vieraita tälle organismille siinä mielessä, että se ei normaalisti tuota yhdistettä tai kuluta sitä osana ruokavaliotaan. Esimerkiksi ihmisillä suurin osa lääkkeistä kuuluu tähän luokkaan, koska ihmiset eivät tuota niitä luonnollisesti tai kuluttavat normaaleissa olosuhteissa. Ksenobiootit voidaan myös määritellä aineiksi, joita esiintyy normaalia korkeampina pitoisuuksina, tai aineiksi, jotka ovat täysin keinotekoisia ja joita ei ollut olemassa ennen kuin ihmiset tuottivat niitä synteettisesti.
Yhdiste, joka on normaali yhdelle organismille, voi olla ksenobiootti toiselle. Yleisesti käytetty esimerkki tästä on vaikutus, jonka kalat kokevat jätevedenpuhdistamon poistoaukosta alavirtaan. Ihmisten tuottamia hormoneja voi olla läsnä jopa käsitellyssä vedessä, ja nämä yhdisteet ovat vieraita kalojen kannalta.
Kun eläin tuottaa myrkkyä puolustusmekanismina saalistajia vastaan, näitä myrkkyjä voidaan ajatella myös ksenobiootteina saalistajan näkökulmasta. Petoeläimet voivat kuitenkin myös kehittää puolustusmekanismeja näitä myrkkyjä vastaan. Yksi mielenkiintoinen tapaus, jossa tämä on tapahtunut, on karkea-nahkaisessa vesikassa ja sen saalistaja, sukkanauhakäärme. Tetrodotoksiini on kossun elimistössä valmistettu ksenobiootti, joka on yleensä hyvin myrkyllistä muille eläimille, mutta sukkanauhakäärme on kehittynyt vastustuskykyiseksi sille, jotta se voi jatkaa saaliin saalista. On arveltu, että kun newt -laji tuotti yhä suurempia myrkkykonsentraatioita sukupolvien ajan, sukkanauhakäärme kehitti asteittain vahvemman vastustuskyvyn sitä vastaan.
Kun ihmiskeho kohtaa tällaisen aineen, se poistaa sen ksenobioottisen aineenvaihdunnan kautta. Näiden prosessien avulla yhdisteen kemiallinen rakenne muuttuu ja hajoaa joko elimistön käyttöön tai detoksifikaatioksi joidenkin myrkkyjen tapauksessa. Joskus nämä kemialliset reitit ja niiden reaktiot voivat olla kohtalokkaita, kuten myrkytyskuolemien ja haitallisten yhteisvaikutusten tapauksessa.
Metaboliset reitit, joita keho käyttää vieraiden aineiden käsittelyyn, ovat jo pitkään olleet lääketieteen suuren mielenkiinnon kohteena. Näitä reittejä tutkimalla ehdotetaan ja kehitetään pitkälti uusia lääkkeitä, erityisesti syövän hoidossa käytettävien kemoterapialääkkeiden tapauksessa. Ne ovat myös tärkeitä tutkittaessa saasteiden mahdollisia ympäristövaikutuksia, jotta voidaan nähdä, hajoaako kemikaali vai pysyykö se ympäristössä ja aiheuttaako haittaa.