علم الميكروبيوم الدوائي، الذي استُخدم لأول مرة في عام 2010، يُعرف بأنه تأثير تغيرات الميكروبيوم في التخلص من الدواء، وعمله، وسميته. يهتم علم الميكروبيوم الدوائي بالتفاعل بين الدخيل الحيوي، أو المركبات الغريبة، وميكروبات الأمعاء. يُقدر أن أكثر من 100 تريليون من بدائيات النوى التي تمثل أكثر من 1000 نوع تعيش في الأمعاء. داخل الأمعاء، تساعد الميكروبات على تعديل وظائف المضيف الإنمائية والمناعية والتغذوية. يعمل الجينوم الكلي للميكروبات على زيادة القدرات الأيضية (الاستقلابية) لدى البشر، ما يسمح لهم بالحصول على العناصر الغذائية من مصادر متنوعة. يمكن للميكروبات أن تؤثر بشكل كبير على هضم المواد الدخيلة الحيوية من خلال إفراز الإنزيمات التي تساعد في عملية استقلاب المواد الكيميائية الغريبة الداخلة إلى الجسم، وتعديل إنزيمات الكبد والأمعاء، وتعديل التعبير عن الجينات الأيضية البشرية.
تضمنت الجهود المبذولة لفهم التفاعل بين أنواع معينة من المواد الدخيلة حيويًا والميكروبيوم تقليديًا استخدام نماذج في الجسم الحي بالإضافة إلى نماذج في المخبر. في الآونة الأخيرة، استُخدم تسلسل الجيل التالي للحمض النووي الجينومي المأخوذ من مجتمع ميكروبات ما لتحديد الكائنات الحية داخل المجتمعات الميكروبية، ما سمح بتوصيفات دقيقة لتكوين الميكروبات داخل بيئة ما. تهدف مبادرات مثل مشروع الميكروبيوم البشري (إتش إم بّي) إلى وصف التركيب الميكروبي لأوساط الفم، والأمعاء، والمهبل، والجلد، والأنف. سرّع هذا المشروع وغيره من مشاريع تحديد خصائص الميكروبيوم دراسةَ علم الميكروبيوم الدوائي. قد يؤدي الفهم الشامل للميكروبيوم في جسم الإنسان إلى تطوير علاجات جديدة وعلاجات دوائية شخصية لا يزداد تأثيرها أو تُفعّل نتيجةً للعمليات التي تؤديها الميكروبيوم.