Vì môi trường của hầu hết các sinh vật liên tục thay đổi, các phản ứng trao đổi chất phải được điều chỉnh hiệu quả để duy trì một tập hợp các điều kiện liên tục trong các tế bào, trạng thái này gọi là cân bằng nội môi.[98][99] Điều hòa chuyển hóa cũng cho phép các sinh vật phản ứng với các tín hiệu và tương tác tích cực với môi trường sống của chúng.[100] Có hai khái niệm rất quan trọng để hiểu về cách thức các con đường trao đổi chất được kiểm soát, và hai khái niệm này liên kết chặt chẽ với nhau. Thứ nhất, điều hòa hoạt động enzyme trong một con đường chuyển hóa là làm tăng hoặc giảm hoạt tính của chúng để đáp ứng với tín hiệu. Thứ hai, sự kiểm soát được thực hiện bởi enzyme này là hiệu quả mà những thay đổi trong hoạt tính của nó có tác động lên tốc độ tổng thể của con đường (thông lượng qua con đường).[101] Ví dụ, một enzyme có thể có những thay đổi lớn trong hoạt tính (tức là nó được điều hòa ở mức cao) nhưng nếu những thay đổi này ít ảnh hưởng đến thông lượng của một con đường chuyển hóa, thì enzyme này không liên quan nhiều đến việc kiểm soát con đường này.[102]

Ảnh hưởng của insulin lên sự hấp thụ và chuyển hóa glucose. Insulin liên kết với thụ thể của chúng (1), điều này mở đầu nhiều đợt hoạt hóa protein (2). Một số phản ứng bao gồm: chuyển vị Glut-4 vận chuyển đến màng sinh chất và kênh glucose (3), tổng hợp glycogen (4),đường phân (5) và tổng hợp axit béo (6).

Có nhiều mức độ điều hòa trao đổi chất. Trong điều hòa nội tại hay bên trong, các con đường trao đổi chất tự điều chỉnh để đáp ứng với những thay đổi về mức độ cơ chất hoặc sản phẩm; ví dụ, nếu số lượng sản phẩm giảm thì có thể tăng thông lượng qua con đường để bù đắp.[101] Kiểu điều hòa này thường liên quan đến điều hòa dị lập thể trong hoạt tính của nhiều enzyme có trong các con đường chuyển hóa này.[103] Điều hòa bên ngoài lại liên quan đến việc tế bào ở một sinh vật đa bào thay đổi mức độ trao đổi chất của nó để đáp ứng với tín hiệu đến từ các tế bào khác. Những tín hiệu này thường ở dạng các chất truyền tin hòa tan như hormone hoặc các yếu tố tăng trưởng và được nhận diện bởi các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt tế bào.[104] Những tín hiệu này sau đó được truyền trong tế bào bởi các hệ thống chất truyền tin thứ hai và thường liên quan đến quá trình phosphoryl hóa protein.[105]

Một ví dụ được hiểu rất rõ về kiểm soát bên ngoài là điều hòa chuyển hóa glucose thông qua hormone insulin.[105] Insulin được sản xuất để đáp ứng với việc gia tăng nồng độ glucose trong máu (hay tăng đường huyết). Các hormone này sẽ gắn với các thụ thể insulin trên màng tế bào và từ đó kích hoạt một loạt các protein kinase làm cho các tế bào hấp thu glucose đồng thời chuyển hóa đường này thành các phân tử dự trữ như axit béo và glycogen.[106] Quá trình chuyển hóa glycogen được kiểm soát bởi hoạt động của hai enzyme là phosphorylase, một loại enzyme phân giải glycogen, và glycogen synthase, một loại enzyme giúp tạo ra glycogen. Hai enzyme này được điều chỉnh theo kiểu nghịch đảo: nếu như phosphoryl hóa làm ức chế glycogen synthase, thì lại hoạt hóa phosphorylase. Insulin gây tổng hợp glycogen bằng cách kích hoạt phosphatase protein và làm giảm quá trình phosphoryl hóa các enzyme này.[107]