生物堿是一類堿性的，天然存在的有機化合物 ，含有至少一個氮原子。該組還包括一些具有中性，甚至弱酸性的相關化合物。一些結構相似的合成化合物也可以稱為生物堿。除了生物碳、氫和氮外，生物堿還可能含有氧，硫和其他元素，例如氯、溴和磷。

生物堿是由多種生物產生的，包括細菌、真菌、植物和動物。可以通過酸堿萃取或溶劑萃取，再用硅膠柱色譜法從這些生物的粗提物中純化。

生物堿與其他含氮天然化合物之間的界限不明確。諸如氨基酸肽、蛋白質、核苷酸、核酸、胺和抗生素之類的化合物通常不稱為生物堿。在環外位置含有氮的天然化合物（甲卡斯汀、血清素、多巴胺等）通常被分類為胺而不是生物堿。但是，有些作者認為生物堿是胺類的特例。

大多數生物堿的分子結構中都含有氧。這些化合物在環境條件下通常為無色晶體。無氧生物堿，如尼古丁，通常是揮發性的，無色油狀液體。一些生物堿是有色的，如血紅堿（橙色）。

大多數生物堿是弱堿，但其中一些可堿（如可可堿和茶堿）是兩性的。許多生物堿難溶于水，但容易溶于有機溶劑，例如乙醚，氯仿或1,2-二氯乙烷。咖啡因，在水中微溶（溶解度≥1g/ L），而其他包括嗎啡水溶性很小（0.1-1 g / L）。生物堿和酸形成各種強度的鹽。這些鹽通常可自由溶于水和乙醇，而難溶于大多數有機溶劑。例外情況極少。

多數生物堿在攝入時有苦味或有毒。植物中生物堿的產生似乎是對草食動物攝食的反應。但是，一些動物已經進化出了對生物堿進行解毒的能力。?一些生物堿會在食用但不能解毒生物堿的動物的后代中產生發育缺陷。一個例子是在玉米百合葉片中產生的生物堿環巴胺。在1950年代，吃草了玉米百合的綿羊所生的羔羊中，高達25％的面部畸形嚴重。這些范圍從下頜變形到睫狀目。經過幾十年的研究，在1980年代，導致這些畸形的化合物被確定為生物堿11-脫氧耶爾文，后來更名為環巴胺。