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三磷酸腺苷（ATP）是细胞内能量转移的“分子货币单位”，是大多数有机体代谢反应的主要能量来源。图中是ATP的立体模型。
植物对食草动物的防御（约公元前4亿年），酶（1878），先天性代谢缺陷（1923）
意大利生理学家、医生、医疗温度计的发明者桑托里奥·桑克特留斯花了30年时间，一丝不苟地在所有形式的生活活动前后称量自己的体重，这些活动包括进食、饮水、禁食、排泄、睡觉以及性事。1614年，他将自己的观察结果整理出版，在《医学统计方法》一书中，他描述了首个对医疗实践进行量化的可控实验。桑克特留斯注意到，他的粪便与尿的重量少于他摄取的食物重量，他将这一差值归因于“不显汗”。人们自此开始研究新陈代谢。
建立与分解。 所有生物都有一个基本特征，即运用能量来完成各种活动。新陈代谢一词源自希腊语的“变化”或“颠覆”，指的是生物体内所有生成或运用能量的化学反应，它们被分为合成代谢与分解代谢。合成代谢将能量用于大型有机分子的生物合成（制造）以及细胞的生长和分化。相反地，分解代谢则涉及分解那些生成能量的分子。各种化学反应组成代谢途径，这些反应由酶来催化，在这个过程中，一种化学物质按序转换成另一种物质。代谢途径涉及碳水化合物、脂肪、蛋白质与核酸，而在从细菌到人类的各生物种族中，这些代谢途径中形成的化学物质本质都非常相似。
汉斯·克雷布斯在20世纪30年代的研究为我们对代谢途径的初步了解提供了基础。克雷布斯是一位德裔医生及生物化学家，他发现了尿素循环，通过这个循环，有机体将身体中产生的氨转移到较为无毒的尿素中。纳粹党人禁止他作为一名犹太人在德国境内行医，于是他移民至英国。他在英国获得了自己最重要的发现，即1937年发现的三羧酸循环（克氏循环），它是一切好氧性生物用以从碳水化合物、蛋白质和脂肪中生成能量的一系列化学反应。克雷布斯的贡献得到了认可，于1953年被授予诺贝尔生理学或医学奖。