Ksenobiootikumid on mis tahes keemilised ühendid, mida leidub elusorganismis, kuid mis on sellele organismile võõrad selles mõttes, et see ühendit tavaliselt ei tooda ega tarbi seda oma dieedi osana. Näiteks inimeste puhul kuulub enamik uimasteid sellesse kategooriasse, kuna inimesed ei tooda neid loomulikult ega tarbi neid tavatingimustes. Ksenobiootikume võib defineerida ka kui aineid, mis esinevad tavapärasest suuremas kontsentratsioonis, või aineid, mis on täiesti kunstlikud ja mida ei eksisteerinud enne, kui inimesed neid sünteetiliselt tootsid.
Ühe organismi jaoks normaalne ühend võib olla teise organismi jaoks ksenobiootikum. Tavaliselt kasutatav näide on mõju, mida kogevad kalad, kes elavad reoveepuhasti väljalaskeavast allavoolu. Inimeste toodetud hormoone võib esineda isegi töödeldud vees ja need ühendid on kaladele võõrad.
Kui loom toodab kiskjate vastu kaitsemehhanismina toksiini, võib neid toksiine pidada ka kiskja seisukohalt ksenobiootikumideks. Kuid kiskjad võivad ka nende toksiinide vastu kaitset arendada. Üks huvitav juhtum, kus see on juhtunud, on kareda nahaga vesilik ja tema kiskja, sukapaela madu. Tetrodotoksiin on vesiliku kehas toodetud ksenobiootikum, mis on tavaliselt teistele loomadele väga mürgine, kuid sukapaelmadu on arenenud selle suhtes resistentsusega, et saaks jätkata vesikonna saagiks saamist. Spekuleeritakse, et kuna vesiliigid tekitasid põlvkondade jooksul üha suuremaid mürki kontsentratsioone, arenes sukapaela madu selle suhtes järk-järgult tugevamaks.
Kui inimkehad sellise ainega kokku puutuvad, eemaldavad nad selle protsessi, mida nimetatakse ksenobiootiliseks metabolismiks. Nende protsesside kaudu muudetakse ja lagundatakse ühendi keemilist struktuuri, et keha saaks seda kasutada või teatud mürkide korral detoksifitseerida. Mõnikord võivad just need keemilised rajad ja nende reaktsioonid lõppeda surmaga, nagu näiteks mürgistussurmade ja ravimite kahjulike koostoimete puhul.
Metaboolsed rajad, mida organism kasutab võõrainete töötlemiseks, on juba pikka aega pakkunud arstiteaduse suurt huvi. Uute ravimite pakkumine ja väljatöötamine on suuresti nende võimaluste uurimise kaudu, eriti vähiravis kasutatavate keemiaravi ravimite puhul. Need on olulised ka saasteainete võimaliku keskkonnamõju uurimisel, et näha, kas kemikaal laguneb või jääb keskkonda ja põhjustab kahju.