反映了参与代谢过程的所有催化酶及化合物之间的相互作用。包含了所给定微生物内的绝大部分生化反应过程，并提供了一个高效平台，从而可以从全局掌控微生物的生理代谢功能。可应用于微生物生长表型的分析和预测、代谢网络属性分析、系统代谢工程及基于模型的组学数据阐释等方面。可以从代谢流和代谢物两个水平上充分理解微生物的代谢特性。在代谢物水平上，能结合C¹³同位素标记实验数据、气相层析-质谱联用（GC-MS）实验所测定的中间代谢产物浓度和转录组学数据等，找到调控代谢的关键因子，预测难以测定的中间代谢物反应进行方向、浓度范围、潜在的调控反应及吉布斯自由能范围等。在代谢流水平上，能通过分析不同环境条件下不同代谢反应的代谢流分布的情况，发现承担微生物细胞主要代谢通量的代谢途径及其附属代谢途径。还可用于研究不同代谢反应之间的相互关系，发掘任何状态下不活跃的代谢途径，鉴别新代谢途径，研究必需代谢途径等。

广泛应用于定量与定性分析不同环境搅动条件下细胞生长的表型。例如，利用代谢流平衡分析（flux balance analysis; FBA），预测细胞生长速率和代谢副产物合成速率之间的全局性关系、不同营养物吸收速率；预测不同类型培养基上细胞比生长速率和产率；基于基因-蛋白质反应（gene-protein reaction; GPR）原则预测基因敲除对细胞生长表型的影响；预测并改造相关基因从而研究微生物生长（或合成目标代谢产物）所必需的基因集。