大量證據表明宿主和微生物之間存在復雜的相互作用腸道。腸道微生物可以通過三種特別重要的方式與大腦相互作用：1）直接通過迷走神經以及環繞腸道并將信號傳遞給大腦的神經網絡；2）通過存在于腸道并向大腦移動的免疫細胞；3）通過腸道微生物產生的代謝物，首先進入血液，然后進入大腦，最終影響行為。當腸道細菌的某些代謝物被注射到功能健康的小鼠中時，可導致焦慮和自閉癥相關的異常行為。這進一步支持了微生物代謝分子連接神經內分泌代謝應激反應系統中的大腦、腸道和神經情緒回路的可能性。
前對于健康的腸道菌群組成還沒有一個完美的標準腸道。由于環境和遺傳因素，人們的“正常”腸道菌群會存在很大差異。通常，健康和多樣化的腸道微生物有助于促進腸道健康并維持代謝、結構和信號功能。然而，許多因素都會引起腸道菌群失去平衡，改變腸道菌群的正常多樣性和穩定性；這表現為腸道不穩定，無法正常發揮功能，并最終導致或促進神經、代謝或自身免疫功能紊亂。導致菌群失調的原因包括不健康飲食、藥物濫用、環境毒素、酒精攝入、過度壓力以及酵母和細菌過度生長等等。
