Ksenobiotici su bilo koji kemijski spojevi koji se nalaze u živom organizmu, ali su strani tom organizmu, u smislu da on normalno ne proizvodi spoj ili ga ne konzumira kao dio svoje prehrane. Na primjer, kod ljudi većina droga je dio ove kategorije, budući da ih ljudi ne proizvode prirodno, niti ih konzumiraju u normalnim okolnostima. Ksenobiotici se također mogu definirati kao tvari koje su prisutne u koncentracijama većim od normalnih ili one koje su u potpunosti umjetne i nisu postojale prije nego što su ih sintetski proizveli ljudi.
Spoj koji je normalan za jedan organizam može biti ksenobiotik za drugi. Uobičajeni primjer ovoga je učinak koji doživljavaju ribe koje žive nizvodno od izlaza iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Hormoni koje proizvodi ljudi mogu biti prisutni čak i u tretiranoj vodi, a ti spojevi su strani što se tiče riba.
Kada životinja proizvodi toksin kao obrambeni mehanizam protiv grabežljivaca, ovi se toksini također mogu smatrati ksenobioticima sa stajališta grabežljivca. Međutim, grabežljivci također mogu razviti obranu protiv ovih toksina. Jedan zanimljiv slučaj u kojem se to dogodilo je u tritonu grube kože i njegovom grabežljivcu, zmiji podvezici. Tetrodotoksin je ksenobiotik koji nastaje u tijelu tritona, koji je obično vrlo otrovan za druge životinje, ali zmija podvezica je evoluirala s otporom na njega kako bi mogla nastaviti plijen njuška. Nagađa se da kako je vrsta tritona proizvodila sve veće koncentracije otrova tijekom generacija, zmija podvezica razvijala je progresivno jači otpor prema njoj.
Kad ljudska tijela naiđu na takvu tvar, uklanjaju je kroz proces koji se naziva ksenobiotski metabolizam. Kroz ove procese, kemijska struktura spoja se modificira i razgrađuje kako bi ga tijelo koristilo ili za detoksikaciju, u slučaju nekih otrova. Ponekad upravo ti kemijski putevi i njihove reakcije mogu biti kobne, kao što je slučaj sa smrtnim ishodom od trovanja i štetnim interakcijama lijekova.
Metabolički putovi koje tijelo koristi za preradu stranih tvari dugo su bili predmet velikog interesa medicinske znanosti. Uglavnom se kroz proučavanje ovih puteva predlažu i razvijaju novi lijekovi, posebno u slučaju kemoterapijskih lijekova koji se koriste u liječenju raka. Oni su također važni u proučavanju potencijalnih učinaka onečišćujućih tvari na okoliš, kako bi se vidjelo hoće li se kemikalija razgraditi ili će ostati u okolišu i uzrokovati štetu.