碳水化合物分子架构由碳、氢、氧构成，为身体主要的供能物质，占人所需能量的50~70%。食物中的碳水化合物以淀粉、多糖和双糖为主要存在方式。单糖直接被人体消化，多糖经肠道微生物中酶的催化水解成单糖再被吸收。食物中淀粉的转化，则需要经唾液酶催化水解成葡萄糖、麦芽糖、麦芽寡糖及糊精等产物，再被肠道微生物碳水化合物酶的作用在小肠部位消化。碳水化合物代谢过程中在肠道会分解出丙酮酸，由α-酮酸糖代谢酵解，且通过琥珀酸、乳酸或乙酰辅酶A循环，致使食物方式进入体内的碳水化合物、脂肪和氨基酸间的发生互相转化。丙酮酸的分解为短链脂肪酸(SCFAs)：乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，用于供能宿主。线粒体内SCFAs通过β-氧化提供能量，占人体所需能量的5%~15%，占结肠上皮细胞所需能量60%~70%。乙酸提供人体总能量的10%，是宿主细胞能量的重要来源。作为主要能量来源，丁酸助力结肠上皮细胞完整性的维护。总之，SCFAs参与肠道能量供应，影响肠腔pH、肠黏膜屏障的通透性，发挥调节免疫。

食物中的蛋白质需要水解成氨基酸及小分子肽后再被吸收。蛋白质的消化是从胃开始的，肠道细菌可产生天冬氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和金属蛋白酶，主要部位是在小肠。在正常情况下，人体所需要的能量主要由碳水化合物氧化供给。只有碳水化合物出现代谢障碍和出现供能不足时，则由脂肪和蛋白质氧化供给能量，以保证机体的能量需要。由于蛋白质在人体当中比其他物质需要更多的步骤进行转化，故对于肠道微生物来说，出现通过发酵氨基酸产生能量的情况较少。蛋白质的基本结构单位是氨基酸。人体所需的氨基酸约22种，即必需氨基酸和非必需氨基酸，共三条代谢途径：合成组织蛋白，酶和激素；氨基转换作用形成非必需氨基酸；脱氨基作用形成含氮部分和不含氮部分。前者肝脏中转化成尿素排出体外，后者或氧化分解成二氧化碳和水，释放能量，或转化成糖和脂肪。肠道中的双歧杆菌、梭菌、乳酸菌、肠球菌、链球菌和肠杆菌等可进行脱羧基作用。蛋白质来源的不同、食品加工方式的各异、储存运输时间都会影响肠道微生物对于氨基酸的利用，其中氨基酸重要的代谢产物有短链脂肪酸、支链脂肪酸，同时在肠道微生物发酵过程中也会产生对健康有害的胺、酚类/吲哚和含硫化合物等。氨基酸分解代谢的主要途径是通过肠道微生物群进行脱氨基作用，所产生的氨主要在肝脏合成尿素来排毒。少部分氨在肾脏以铵盐的形式由尿排出。各种氨基酸在结构上具有共性，不同的氨基酸由于结构的差异，各有其特殊的代谢方式，代谢出来的产物更是多样，其生物学功效也“绚丽多彩”。

食物中脂质包括甘油三酯、胆固醇、磷脂、脂肪酸以及少量其他脂质。甘油三酯占膳食脂肪总量的95%，磷脂主要以磷脂酰胆碱的形式，占比虽少却是细胞的主要组成部分。脂质通过肠道内的乳酸菌、肠球菌、梭菌和变形菌等，将甘油还原为1，3-丙二醇。胆碱是生成卵磷脂的必须物质，在肝脏中被氧化成三甲胺氮氧化物，致高的胆固醇水平。膳食脂肪摄入能改变胆汁酸的分布，胆汁酸是胆汁中的主要成分，是胆固醇经肝组织代谢的最终产物，可调节胆汁酸重吸收、炎症、控制甘油三酯，助人体促肝脏内的脂肪代谢，避免沉积。