A xenobiotikumok metabolizmusa a xenobiotikumok (a szervezet számára idegen anyagok, például gyógyszerek, mérgek) biokémiai átalakulását jelenti, rendszerint a szervezetben erre a célra jelen lévő enzimrendszer segítségével. A folyamat során a jellemzően hidrofób (zsíroldékony) anyagok hidrofillá (vízoldékonnyá) alakulnak, ami megkönnyíti a kiválasztásukat (exkréció). A xenobiotikumok metabolizmusának kiemelt jelentősége van a farmakológiában (itt a neve gyógyszermetabolizmus) és a toxikológiában („méregtelenítés”), mivel ez határozza meg, hogy egy adott anyag mennyi ideig és milyen intenzitással fejti ki a hatását.
A xenobiotikumok metabolizmusa három fázisra tagolható: