Ksenobiotikai yra bet kokie cheminiai junginiai, kurie randami gyvame organizme, bet yra svetimi tam organizmui ta prasme, kad jis paprastai negamina junginio arba nevartoja jo kaip savo mitybos dalies. Pavyzdžiui, žmonėms dauguma narkotikų priklauso šiai kategorijai, nes žmonės jų negamina natūraliai arba nevartoja įprastomis aplinkybėmis. Ksenobiotikai taip pat gali būti apibrėžiami kaip medžiagos, kurių koncentracija didesnė nei įprasta, arba medžiagos, kurios yra visiškai dirbtinės ir neegzistavo, kol žmonės jas gamino sintetiniu būdu.
Junginys, kuris yra normalus vienam organizmui, gali būti ksenobiotikas kitam. Dažniausiai naudojamas pavyzdys yra poveikis, kurį patiria žuvys, gyvenančios pasroviui nuo nuotekų valymo įrenginio išleidimo angos. Žmonių gaminamų hormonų gali būti net ir išvalytame vandenyje, o šie junginiai yra svetimi žuvims.
Kai gyvūnas gamina toksiną kaip gynybos mechanizmą nuo plėšrūnų, šie toksinai taip pat gali būti laikomi ksenobiotikais plėšrūno požiūriu. Tačiau plėšrūnai taip pat gali sukurti apsaugą nuo šių toksinų. Vienas įdomus atvejis, kai tai įvyko, yra šiurkščiaodė tritonas ir jo plėšrūnas, keliaraiščio gyvatė. Tetrodotoksinas yra tritono organizme gaminamas ksenobitikas, kuris paprastai yra labai nuodingas kitiems gyvūnams, tačiau keliaraiščio gyvatė išsivystė jai atspari, kad galėtų toliau grobti tritoną. Spėjama, kad tritonų rūšiai iš kartos į kartą gaminant vis didesnę nuodų koncentraciją, keliaraiščio gyvatė laipsniškai stiprėjo atsparumui.
Kai žmogaus kūnai susiduria su tokia medžiaga, jie ją pašalina per procesą, vadinamą ksenobiotine metabolizmu. Šių procesų metu cheminė junginio struktūra modifikuojama ir suskaidoma, kad organizmas galėtų jį panaudoti arba detoksikuoti kai kurių nuodų atveju. Kartais būtent šie cheminiai keliai ir jų reakcijos gali būti mirtinos, pavyzdžiui, apsinuodijimo mirtimi ir žalinga vaistų sąveika.
Metabolizmo keliai, kuriuos organizmas naudoja svetimoms medžiagoms apdoroti, jau seniai domino medicinos mokslą. Iš esmės tiriant šiuos būdus, siūlomi ir kuriami nauji vaistai, ypač chemoterapinių vaistų, naudojamų vėžiui gydyti. Jie taip pat svarbūs tiriant galimą teršalų poveikį aplinkai, siekiant išsiaiškinti, ar cheminė medžiaga bus suskaidyta, ar liks aplinkoje ir nepadarys žalos.