Metabolizma süreci en iyi, biyokimyasal kavramlar kullanılarak tanımlanabilir. Hücreler çok karmaşık olmayan maddelerin arasında çok sayıda reaksiyonun meydana geldiği bir test tüpü olarak düşünülebilirler. Bu reaksiyonlar, ancak olağanüstü bir yapıya sahip proteinlerin yani enzimlerin varlığında düzgün bir şekilde meydana gelebilir. Enzimler belirli maddeler arasındaki belirli reaksiyonları hızlandırma yeteneğini taşırlar. Bu nedenle, belli bir zamanda, hangi reaksiyonun (metabolik süreç) meydana gelebileceği o sırada hücrede olan enzimlerin varlığına bağlıdır. Birçok enzim türü vardır. Enzimin birisi bir reaksiyonun belli bir yönde gelişmesini sağlarken, diğer bir enzim aynı reaksiyonun tamamen aksi yönde gelişmesine yol açabilir. Karmaşık maddelerin daha basit maddelere ayrıştığı ve özellikle de metabolizmanın son ürünlerinin su ve karbondioksit olduğu işleme katabolizma ve katabolik süreç adı verilir.

Basit birimlerden karmaşık maddelerin yapılmasına ise anabolizma ve anabolik süreç denir. Hücrenin üretebileceği belli enzimler hücre çekirdeğindeki genetik maddeye bağlıdır. Bu genetik madde kromozomlardaki DNA moleküllerinden meydana gelir.

Metabolik süreçlere karışan maddelerin çoğu karbon bileşimleridir. Bu bileşimlerde bir kaç karbon atomu (C-atomu) birbirine bağlanarak karbon zincirleri meydana getirirler. Zincirlerde çoğu zaman bir ya da daha fazla yan gurup vardır. En karmaşık metabolik süreçler, karbon zincirlerinin az ya da çok karbon atomu aldığı süreçlerdir. Bu süreçlerin şeması yapıldığı zaman, genellikle yalnızca zincirdeki C-atomları gösterilir. Örneğin, C3-şeker üç tane karbon atomu olan bir şeker molekülüdür.

Glikoz (C6-şeker) gibi şekerler karmaşık birkaç aşamadan geçerek piruvik asit gibi daha temel bir maddeye yıkılırlar. Bu temel madde (C3) hücrede genellikle fosfoenolpiruvat diye bilinen fosforik aside bağlı olarak bulunur. Bu madde daha sonra bir C2 bileşimine çevrilir. Bu bileşim ise hücrelerde koenzim olarak adlandırılan bir enzim parçasına bağlanır.

Hem anabolizmanın hem de katabolizmanın temel birimini meydana getiren bu yeni bileşime asetil koenzim A adı verilir. Asetil koenzim A ve fosfoenolpiruvattan beden için gerekli olan her tür şeker yapılabilir. Buna glikoz ve glikoz moleküllerinin depo edilebileceği şekil olan glikojen de dâhildir. Glikoz ve türevleri daha kolay çözülmelerini sağladıkları karmaşık bileşimlere bağlıdırlar. Bu karmaşık bileşimlere glikositler adı verilir. Genetik madde ve ilgili maddelerin yapımı için kullanılan riboz gibi C5 şekerleri bu bileşimlerden yapılabilir.

Yağlar kolaylıkla yağ asitleri ve gliserole çözüşürler. Bir C3 şekeri olan gliserol, fosfoenolpiruvat tarafından şeker metabolizmasına sokulur. Yağ asitleri genellikle uzun karbon zincirleri içerirler. Bu zincirler ayrı bir metabolik süreç sonucu ayrışırlar ve iki tane C-atomu asetil koenzim A şeklinde zincirden ayrılır. Bu işlemin aksi de olabilir, yani asetil koenzim A'dan 4,6 ya da 8 enzimli yağ asidi zincirleri meydana gelebilir. Bununla birlikte bu işlem ancak karbon atomlarının sayısı çift bir sayı ise olasıdır. Anlaşılacağı gibi, şeker ve yağ metabolizmaları asetil koenzim A ile birbirlerine bağlıdırlar ve bu nedenle de yağdan şeker, şekerden ise yağ yapılabilir.

Beden için gerekli olan bazı yağ asitleri hücreler tarafından üretilemezler. Bunların (temel yağ asitleri) besinlerden alınması gerekir. Asetil koenzim A'nın kullanım fazlası, karaciğer ve adale hücrelerinde glikojen olarak, yağ dokularında ise yağ olarak depo edilebilir. Asetil koenzim A'nın bedende eksikliği durumlarda bu rezervler kullanılır. Yağlar da örneğin, hücre zarları ve sinir dokularını saran kılıflar için önemli bir yapı maddesidir. Bir yağlı madde olan kolesterol asetil koenzim A'dan yapılabilir ya da asetil koenzim A'ya ayrışabilir. Kolesterol birçok hormon ve glikolik asidin temel maddesi olarak kabul edilir.

Proteinlerin yapı taşları olan aminoasitler, çoğu zaman doğrudan doğruya hücreler tarafından kendi proteinlerini yapmak üzere kullanılırlar zira hücrelerin ana yapı maddesi proteinlerdir. Karaciğer hücreleri ise hastalıklara karşı savunmada, kanın pıhtılaşmasını sağlamada ve kaloidal ozmotik basınçta önemli rol oynayan kan proteinlerini üretirler. Kullanım fazlası olan aminoasitler, ilk önce amino bölümünün ayrıldığı bir süreç (oksidatif deaminasyon) yoluyla yeniden ayrışırlar. Bu sürecin sonucu olarak zehirli bir madde olan amonyak meydana gelir. Bu amonyak ise üre siklusunda üreye çevrilerek böbrekler aracılığı ile bedenden dışarı atılır. Aminoasidin geride kalan bölümü yeniden ayrışır ve asetil koenzim A en önemli son ürün olarak ortaya çıkar. Aminoasitler beden tarafından üretilemez. Bununla birlikte bazı aminoasitler diğer aminoasitlerden meydana gelebilir.Böylece beden için gerekli yirmi kadar amino asidin yalnızca bir bölümünün besinlerden alınmasına gerek kalır. Hücre proteinleri enzim olarak ve hücre zarında yapı proteini olarak önemlidirler. Bağ dokusu liflerinde ve kaslarda çok miktarda yapı proteini vardır.

Yukarıda sözü edilen metabolik süreçler sonucunda çok fazla olmasa da bir miktar enerji serbestleşir. Beden enerjisinin büyük bir bölümü ise solunum siklusu sırasında serbestleşir. Bu süreç hücredeki

mitokondriyumların yüzeyinde meydana gelir. Sitrik asit gibi daha birçok maddenin karıştığı özel bir süreç sonucunda ise asetil koenzim A karbondioksit ve hidrojene dönüşür. Bu sürece sitrik asit siklusu adı verilir. Meydana gelen karbondioksit hücreden artık madde olarak atılır. Hidrojen ise enzimler aracılığı ile taşım molekülüne (kısa şekli NAD) bağlanır.

Taşım molekülüne bağlanmış olan hidrojen, sadece solunum zinciri sırasında, enzimler aracılığı ile oksijene bağlanır. Bu sürecin son ürünü sudur. Bu su metabolik ürünlerden meydana geldiği için metabolik su olarak adlandırılır. Solunum süreci sırasında serbestleşen büyük miktardaki enerji ATP denilen enerji moleküllerinde ustalıkla depolanır. Böylece hücre bedensel iş yapmak, ısı üretimi, sinir uyarılarının iletimi ve karmaşık bileşimlerin yapımı için gereken enerjiyi istediği miktarlarda kullanabilir. Metabolizma ve karmaşık bileşimlerin parçalanması sırasında enerji serbestleştiği için bu bileşimlerin asetil koenzim A'dan yeniden üretilmeleri sırasında enerjiye yeniden gereksinme vardır. Metabolizmanın büyük bir bölümünün oksijene hiçbir gereksinim olmadan meydana gelebilmesi dikkat çekicidir. Bazı organizmalar metabolizma sırasında hiç oksijen serbestleşmese de yaşayabilirler (anaerobik, oksijensiz metabolizma). Bununla birlikte, bu organizmalar diğer şekillerde oksijen alamazlarsa, yalnızca sınırlı sayıda maddeyi ayrıştırabilirler ve hatta o zaman da ayrıştırma işlemi tam olmaz.

Böylesine karmaşık süreçleri içeren metabolizmada birçok şeyin ters gitmesi tehlikesi her zaman vardır. Bununla birlikte böyle olaylar çok ender olarak ortaya çıkar. Bunun nedeni önemli metabolik kusurların bebekte kendini göstermesi ve bebeğin gelişimini engellemesidir. Dolayısıyla metabolik hastalıklar deyimi, bazı enzimlerin üretilmemesi sonucu bazı maddelerin yıkılamadığı durumlar gibi metabolizmanın yalnızca bazı bölümlerinin iyi işlemediği vakaları kapsamına alır. Eğer böyle bir bozukluğun sonucunda bedende bazı maddeler birikiyorsa, ortaya çıkan duruma depolama hastalığı denir. Böyle hastalıklar iki üç yıl içinde ölüme yol açabilirler. Eğer bedende belli bir enzim eksik ise bazı besin maddeleri metabolize olamaz. Bu besinler yenilmeyerek metabolizmada önemli bozuklukların ortaya çıkması önlenebilir. Süte olan tahammülsüzlük galaktozemi olarak adlandırılır: İdrarda asit fenilpirüvikin bulunduğu fenilketonuri de bu gruptaki hastalıklara girer. Gut hastalığına ise kanda gereğinden yüksek miktarda ürik asit olması yol açar. Ürik asit, hücre çekirdeğinin ve bazen fazla üretilen genetik maddenin yapısındaki pürinin artık maddesidir. Şeker hastalığı (diyabet) ise hücrelerde glikoz metabolizmasını sağlayan ensülin hormonunun eksikliğinin yol açtığı bir bozukluktur.