非靶向代謝組學是通過比較對照組和實驗組的代謝組，以尋找其代謝譜差異的一種研究方法。這些差異可能與臨床生物標志物發現中研究的某些疾病相關，也可能與藥物研發毒理研究中候選藥物攝入后的代謝改變有關。同時進行化學結構的鑒定，進一步解釋差異代謝物及其參與的代謝通路與相關生物學過程的關系。
代謝組學是指細胞、組織、器官或者生物體內的所有小分子代謝組分（主要是相對分子量1000以內的內源性小分子）的集合。代謝組學分為靶向代謝組學和非靶向代謝組學。
新陳代謝網絡是十分復雜的網絡，而人體的代謝網絡尤為復雜。現在多數信號通路的研究都是集中在代謝網絡的一個很小的領域。基因組學、蛋白組學研究雖然已經揭示了部分調節通路，但是和代謝網絡直接相關的是代謝產物。從茫茫多的代謝產物中選取研究對象，無疑是大海撈針。非靶向性代謝組學又稱為發現代謝組學，主要是將對照組和實驗組的代謝組（某一生物體的全部代謝物）進行比對，以找出其代謝物的差異。
非靶向代謝組學流程中，第一步對樣品進行前處理，提取代謝物；之后使用MS或者NMR對這些代謝物進行檢測獲取原始數據；原始數據經過數據處理之后轉換成可供下一步數據分析的數據矩陣，通常在這個數據集中行數對應樣本的個數，列數對應變量（代謝物信號）的個數。接著，對數據集進行數據分析包括數據前處理和具體的分析，最終獲得代謝標記物。
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