Metagenomet er en samlebetegnelse på det totale genomet (DNA metagenom og RNA metagenom) til alle mikroorganismene isolert i en prøve fra et bestemt miljø. Metagenomikk baserer seg på PCR amplifisering, neste generasjons sekvenseringsteknikker (NGS) og bioinformatikk.
Metagenomikk kan gi oversikt over mikroorganismene som inngår i de globale biogeokjemiske kretsløpene i terrestre, limniske og marine økosystemer. Klinisk metagenomikk blir anvendt innen medisin for å få oversikt over det mikrobielle genetiske innholdet i prøven fra en pasient. Bruk av operasjonelle taksonomiske enheter (OTU) gjør det mulig å skaffe informasjon om mikroorganismer som ikke lar seg dyrke i kultur. Kulturuavhengige metoder kan for eksempel være ribosomalt RNA (rRNA) fylotyping, basert på16S rRNA, eller 18S rRNA for eukaryoter. Carl Woese kunne på basis av variasjonen i sekvensene til rRNA dele inn livstreet i gruppene bakterier (Bacteria), arkebakterier (Archaea) og eukaryoter (Eucarya).
Ved isolering og rensing av mRNA fra et mikrobiom kan man lage et metatranskriptom.
Metaproteomikk omfatter alle proteinene til et mikrobielt samfunn (mikrobiota).
For eksempel ved å analysere genomer i havvann fant man at sjøvann inneholder flere tusen forskjellige virus (bakteriofager) og i marine sedimenter opptil en mllioner forskjellige virus. Metagenomikk åpner for oppdagelsen av nye organismer og økosystemer.