益生元是食物中的化合物，可誘導有益微生物（例如細菌和真菌）的生長或活動。 最常見的例子是在胃腸道中，益生元可以改變腸道微生物組中生物體的組成。

膳食益生元通常是不易消化的纖維化合物，它們未經消化就通過胃腸道的上部，并通過充當它們的底物來刺激結腸中有益細菌的生長或活動。 它們于 1995 年由 Marcel Roberfroid 首次識別和命名。根據司法管轄區的不同，它們可能會作為食品添加劑進行監管審查，以用于營銷目的的健康聲明。 食品制造中常用的益生元包括來自燕麥的 β-葡聚糖和來自菊苣根的菊粉。

自 1995 年首次定義以來，益生元和可屬于該分類的食品成分的定義不斷演變。在其最早的定義中，術語益生元用于指代通過其對宿主有益的不易消化的食品成分 選擇性刺激結腸內的特定細菌。 進一步的研究表明，選擇性刺激尚未得到科學證明。 由于研究表明益生元可能影響結腸外的微生物，2016 年，國際益生菌和益生元科學協會 (ISAPP) 對益生元做出了以下定義：一種被宿主微生物選擇性使用以產生健康的底物 益處。 2021 年，全球益生元協會 (GPA) 將益生元定義為用于微生物群中產生健康或性能益處的產品或成分。

可歸類為益生元的化合物還必須滿足以下標準：

• 不易被人體胃腸道中的胃酸和酶分解
• 由體表或體內的微生物發酵
• 刺激有益菌的生長和活性

因此，食用益生元可以促進宿主的健康。 根據之前的分類，植物來源的稱為低聚糖的碳水化合物化合物以及抗性淀粉是已確定的益生元的主要來源。 具體而言，果聚糖和半乳聚糖是兩種低聚糖來源，已發現它們可以刺激腸道中有益細菌菌落的活性和生長。 果聚糖是一類碳水化合物，由低聚果糖 (FOS) 和菊糖組成，而半乳聚糖由低聚半乳糖組成。 抗性淀粉已被證明可以改變腸道細菌，并改善許多健康狀況的生物標志物。 其他膳食纖維也符合益生元的定義，例如果膠、β-葡聚糖和低聚木糖。

產品標簽監管機構歐洲食品安全局 (EFSA) 區分了益生元和膳食纖維，指出作為健康聲明主題的食品成分的消費與消費之間的因果關系尚未建立。 與胃腸道微生物群數量增加相關的有益生理效應。 因此，根據歐洲食品安全局 (EFSA) 的規定，個別成分不能標記為益生元，而只能標記為膳食纖維，對健康沒有任何影響。

1995 年首次引入益生元概念時，主要關注點是益生元對雙歧桿菌和乳酸菌的影響。 隨著近年來機械技術的改進，目前的益生元目標已經擴展到更廣泛的微生物，包括 Roseburia spp.、Eubacterium spp.、Akkermansia spp.、Christensenella spp.、Propionibacterium spp.。 和 Faecalibacterium spp。

這些細菌已被強調為關鍵益生菌和有益腸道細菌，因為它們可能在改善消化（包括但不限于增強礦物質吸收）以及免疫系統的有效性和內在強度方面對宿主產生多種有益作用。 雙歧桿菌和乳桿菌已被證明具有不同的益生元特異性，并根據細菌種群的酶特征選擇性地發酵益生元纖維。 因此，乳桿菌更喜歡菊粉和低聚果糖，而雙歧桿菌則對菊粉、低聚果糖、低聚木糖和低聚半乳糖表現出特異性。 研究還表明，益生元除了能刺激有益腸道細菌的生長外，還能抑制腸道內有害和潛在致病微生物的生長，例如梭狀芽孢桿菌。

發酵是益生元被結腸中的有益細菌利用的主要作用機制。