Los xenobióticos son moléculas que se introducen en el cuerpo desde el medio ambiente y que posteriormente son metabolizadas por el organismo. La mayoría de los agentes farmacológicos son lipofílicos y su eliminación del organismo se ve facilitada por modificaciones enzimáticas que los hacen más hidrofílicos. El hígado es un lugar importante para el metabolismo de los xenobióticos. Además de las sustancias extrañas, algunas sustancias endógenas, como algunos eicosanoides y hormonas esteroides, también se modifican para facilitar su excreción. Por lo tanto, las enzimas y las vías descritas en esta sección tienen fuertes vínculos con muchas de las vías descritas en secciones anteriores.

El metabolismo de los xenobióticos tiene un fuerte impacto en el estado oxidativo del organismo (véase la figura siguiente).Las reacciones mediadas por el citocromo P450 generan niveles significativos de especies reactivas de oxígeno (ROS) y son clave para la toxicidad de muchos xenobióticos. Las glutatión transferasas reducen las reservas celulares de glutatión, el principal antioxidante intracelular. También se ilustra la capacidad de los xenobióticos para modular (por ejemplo, a través del receptor Ah) la expresión de las enzimas que metabolizan los fármacos, y el papel de las proteínas de transporte en la exportación de xenobióticos no modificados o conjugados de la célula. Los productos aquí descritos se centran en algunos de los actores clave del metabolismo xenobiótico: los citocromos P450, las glutatión transferasas y las glioxalasas.