Theo phương pháp cổ điển trước đây, quá trình trao đổi chất được nghiên cứu theo phương pháp quy giản, tức là tập trung vào chỉ một con đường chuyển hóa duy nhất. Đặc biệt có giá trị là phương pháp sử dụng các mẫu dò phóng xạ trên toàn bộ cơ thể, mô và tế bào, nhằm xác định con đường đi từ tiền chất đến sản phẩm cuối cùng bằng cách xác định các sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng mang dấu phóng xạ.[118] Các enzyme xúc tác các phản ứng hóa học này sau đó có thể được phân lập, động học của các phân tử này cũng như đáp ứng của chúng với các chất ức chế đã được nghiên cứu. Cách tiếp cận song song là xác định các phân tử nhỏ trong tế bào hoặc mô; bộ hoàn chỉnh các phân tử này được thì gọi là tập chuyển hóa. Nhìn chung, các nghiên cứu này đưa ra một cái nhìn tốt về cấu trúc và chức năng của các con đường trao đổi chất đơn giản, nhưng không đủ khi áp dụng cho các hệ thống phức tạp hơn như sự trao đổi chất của cả một tế bào hoàn chỉnh.[119]

Để có ý tưởng về sự phức tạp của các mạng chuyển hóa trong các tế bào với hàng ngàn enzyme khác nhau, ta có thể nhìn vào hình thể hiện tương tác chỉ có 43 protein và 40 chất chuyển hóa ở bên phải, trong khi hệ gen cung cấp một danh sách chứa tới 45.000 gen.[120] Tuy vậy, ở thời điểm hiện tại, ta chỉ có thể sử dụng dữ liệu di truyền này để tái tạo lại các mạng hoàn chỉnh các phản ứng sinh hóa và tạo ra các mô hình toán học tổng thể hơn là có thể giải thích và dự đoán hành vi của các tương tác này.[121] Các mô hình này đặc biệt mạnh mẽ khi được tích hợp thêm các dữ liệu về con đường và chất chuyển hóa thu được thông qua các phương pháp cổ điển kèm với dữ liệu về biểu hiện gen từ các nghiên cứu về vi dãy DNA và protein học.[122] Sử dụng những kỹ thuật này, một mô hình trao đổi chất ở người đã được tạo ra, mô hình này sẽ chỉ hướng cho việc việc khám phá thuốc và nghiên cứu sinh hóa trong tương lai.[123] Các mô hình này hiện đang được sử dụng trong phân tích mạng lưới chuyển hóa, nhằm phân loại các bệnh ở người thành các nhóm có chung protein hoặc chất chuyển hóa.[124][125]

Các mạng trao đổi chất vi khuẩn là một ví dụ nổi bật về tổ chức "hình nơ",[126][127][128] một hệ thống có khả năng thu nhập vào một lượng các chất dinh dưỡng và sản xuất rất nhiều sản phẩm và các đại phân tử phức tạp, nhưng sử dụng rất ít chất trung gian. Do đầu vào và đầu ra với rất nhiều chất nhưng số lượng chất trung gian ít nên nếu biểu diễn trực quan, hệ thống này như bị thắt ở giữa (giống chiếc nơ).

Một ứng dụng công nghệ chính của thông tin này là kỹ thuật trao đổi chất. Ở đây, các sinh vật như nấm men, thực vật hoặc vi khuẩn được biến đổi gen và trở thành những công cụ cưcf kỳ hữu ích trong công nghệ sinh học. Chúng có thể hỗ trợ sản xuất các loại thuốc như kháng sinh hoặc hóa chất công nghiệp như 1,3-propanediol và axit shikimic.[129] Những thay đổi di truyền này thường nhằm mục đích giảm lượng năng lượng được sử dụng để sản xuất sản phẩm, tăng sản lượng và giảm thiểu chất thải.[130]