代謝組學整體描述內源性代謝物的動態變化，通過對內源性小分子代謝物進行定性定量分析，反映機體外源性和內源性變化和整體功能狀態。代謝組學可分為4個層次：代謝輪廓分析、代謝指紋分析、代謝物靶標分析和代謝組學分析，研究對象主要為生物體內的如體液、 器官組織和細胞等。采集樣品，對樣本進行簡單預處理，提取并檢測樣品上清液，收集、分析數據，檢測代謝物及分析代謝通路，動態描述生物系統表型。研究者可根據被測代謝物的理化性質結合不同分析技術的優勢，選擇合適目標代謝物的技術平臺進行檢測。
近年來一系 列分析平臺的快速發展，包括核磁共振(NMR)、氣相色譜-質譜聯用(GC - MS)、液相色譜-質譜聯用(LC - MS)和毛細管電泳質譜(CE-MS)等，可以實現對代謝產物及其相關代謝途徑的分離、檢測、表征和定量。由于代謝組學得到的原始圖譜復雜、數據量大，對數據信息進行充分解讀是代謝組學的關鍵問題，因此需要對數據進行降維和信息挖掘。與基因組學和其他組學不同，代謝組學與疾病表型直接相關，其能夠鑒定代謝表型以及代謝紊亂和疾病之間的相關性。
自從Nicholson等在1999年首次提出代謝組學概念以來，代謝組檢測技術得到了快速發展。GC-MS比較適合分析熱穩定、易揮發或經衍生化后易揮發成分，不受復雜生物樣本中基質效應的干擾。并且在定性方面，具有大量可檢索的質譜庫等優勢。GC-MS利用電子轟擊離子化(EI)技術采集的質譜圖，可以很好地與檢索的譜庫匹配，實現準確定性。GC-MS方法可以同時測定幾百個代謝物，分子量通常在600道爾頓以內，包括有機酸、氨基酸、糖、糖醇、芳胺和脂肪酸等。然而，GC-MS不適合檢測極性大不易揮發或熱不穩定的代謝物。同時，在離子化過程中，電子轟擊施加的能量會使結構不穩定成分易于碎裂而難于檢測到化合物的分子離子峰。LC-MS比較適合不穩定、難揮發的成分。
在一次檢測分析中，可以檢測生物樣本中幾千到幾萬個化合物，因此其應用于非靶向代謝物分析的覆蓋度遠高于GC-MS，在代謝組學研究中更為常用常見的適合與LC聯用的質譜儀離子源，主要有電噴霧電離(ESI)和大氣壓化學電離(APCI)。其中 ESI 是最軟的電離技術，可以通過優化儀器參數主要產生分子離子峰，是代謝組學研究中最常用的離子化技術，適用范圍廣，適合難揮發、熱不穩定、中到高極性化合物的檢測，比如溶血磷脂膽堿、溶血磷脂酰乙醇胺、脂酰基肉堿等。ESI 技術的不足之處在于易受生物樣本中基質效應的影響，且對弱極性和非極性化合物的離子化能力較弱。與ESI相比，大氣壓化學電離(APCI)更適合分析低極性和中性化合物，受基質效應干擾較小。但是，APCI技術不適合受熱易分解成分的檢測。此外，大氣壓光致電離(APPI)適合分析弱極性或非極性化合物，有較寬的線性動態范圍和很高的靈敏度，且基質效應更小。
然而，質譜分析方法中，無論靶向還是非靶向檢測，仍面臨諸多挑戰。首先，樣品前處理環節，生物樣本中代謝物化學性質各異、成分復雜，無法用一種方法提取出全部代謝物。如脂溶性成分需要用氯仿等親脂性有機溶劑提取;水溶性成分用乙腈、甲醇等親水性有機溶劑提取;酸、堿性成分、易氧化代謝物更需要特定的提取條件;對于極微量成分(激素等)需要衍生化處理以增加儀器檢測靈敏度?；瘜W性質、結構不同的代謝物，其離子化效率會有較大差別，弱極性化合物很難被ESI技術檢測，導致最終僅能獲得易于離子化的代謝物信息。此外，靶向檢測的靈敏度雖然很高，多用于絕對定量分析，但是覆蓋的代謝物有限，無法全面真實反映病理條件下細胞的整體代謝水平。非靶向檢測(全掃描采集數據模式)可以覆蓋所有信號，側重于含量高或易于電離的成分，一般用于定性、半定量分析。
因此，要想全面獲得生物樣本中盡可能多的整體代謝組信息，需要不同前處理方法、多種色譜分析條件(正相、反相)、不同離子化方式(ESI、APCI)的高分辨質譜非靶向掃描等多個分析策略相組合，同時還要結合高靈敏度的靶向檢測方法。然而，很多生物樣本比較珍貴， 研究資源、儀器和經費等條件有限，運用已知的全部分析手段來開展代謝組學研究是不現實的。所以，對于沒有明確目標代謝通路的代謝組學研究，首選基于LC-(ESI)HRMS技術的非靶向代謝組檢測，采用反相色譜條件，正、負兩種電離模式，以獲取各條代謝通路中高豐度或易于離子化的代表性成分含量。
當從非靶向數據中挖掘出感興趣的代謝物時，根據需要，可以進一步采用更加專屬的前處理和LC-MS靶向分析方法，采集候選代謝物所對應的代謝通路及其上下游中所有成分的精準定量數據，來揭示發生變化的代謝機制。隨著前處理方法的不斷開發、色譜儀器分析更加快速、質譜儀器掃描速度和靈敏度持續增加，在一次非靶向分析生物樣品中，代謝組檢測的覆蓋度和通量將得到不斷提升。
