Trao đổi chất (còn gọi là chuyển hóa, biến dưỡng, metabolism trong tiếng Anh, lấy từ tiếng Hy Lạp: μεταβολή metabolē, "biến đổi") là tập hợp các biến đổi hóa học giúp duy trì sự sống trong các tế bào của sinh vật. Ba mục đích chính của quá trình trao đổi chất là chuyển đổi thức ăn/nhiên liệu thành năng lượng để sử dụng cho các quá trình của tế bào, biến đổi thức ăn/nhiên liệu thành các đơn vị để tạo nên protein, lipid, axit nucleic cùng một số carbohydrate và loại bỏ chất thải nitơ. Những phản ứng này được xúc tác bởi các enzym cho phép các sinh vật sinh trưởng và sinh sản, duy trì cấu trúc bản thân và đáp ứng với môi trường xung quanh. Thuật ngữ "trao đổi chất" ​​cũng có thể dùng để chỉ tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong sinh vật sống, bao gồm tiêu hóa và vận chuyển các chất giữa các tế bào hoặc giữa tế bào với môi trường, trong trường hợp các phản ứng diễn ra trong tế bào thì được gọi là chuyển hóa trung gian hoặc trao đổi chất trung gian.

Trao đổi chất thường được chia thành hai loại chính: dị hóa, quá trình "phá vỡ" các chất hữu cơ ví dụ như, phân giải glucose thành pyruvate trong hô hấp tế bào; và đồng hóa, quá trình "xây dựng" các thành phần của tế bào như protein và axit nucleic. Thông thường, dị hóa sẽ giải phóng năng lượng và đồng hóa thì tiêu tốn năng lượng.

Các phản ứng hóa học trong trao đổi chất được tổ chức thành các con đường chuyển hóa, trong đó một chất hóa học được biến đổi thông qua một loạt các bước để thành một chất khác, với sự tham gia của một chuỗi các enzym. Enzym rất quan trọng trong trao đổi chất bởi vì các phân tử này cho phép các sinh vật đẩy nhanh tốc độ các phản ứng đòi hỏi năng lượng bằng cách kết cặp chúng với các phản ứng tự phát giải phóng năng lượng. Nếu không có enzym, những phản ứng đòi hỏi năng lượng sẽ không thể xảy ra. Enzym hoạt động như chất xúc tác và cho phép các phản ứng diễn ra với tốc độ nhanh hơn. Enzym cũng cho phép điều hòa các con đường chuyển hóa nhằm đáp ứng với những thay đổi trong môi trường của tế bào hoặc tín hiệu từ các tế bào khác.

Hệ thống chuyển hóa của một sinh vật cụ thể sẽ xác định chất nào sẽ là chất dinh dưỡng hoặc là chất độc hại với chúng. Ví dụ, một số sinh vật nhân sơ có thể sử dụng hydrogen sulfide như một chất dinh dưỡng, nhưng khí này lại gây độc đối với động vật.[1] Tốc độ chuyển hóa sẽ ảnh hưởng đến lượng thức ăn mà sinh vật yêu cầu, và cũng ảnh hưởng đến cách thức chúng có thể hấp thụ thức ăn đó.

Một đặc điểm nổi bật của quá trình trao đổi chất là sự giống nhau của các con đường và thành phần chuyển hóa cơ bản giữa các loài khác nhau.[2] Ví dụ, tập hợp các axit cacboxylic, được biết đến như là sản phẩm trung gian trong chu trình axit citric, có mặt trong tất cả các sinh vật đã biết, được tìm thấy từ các loài chỉ như vi khuẩn đơn bào Escherichia coli đến tận các sinh vật đa bào lớn như voi.[3] Những điểm tương đồng nổi bật trong các con đường trao đổi chất có thể là do sự xuất hiện sớm của chúng trong lịch sử tiến hóa và vẫn được giữ lại vì mang hiệu quả cao.[4][5]