大量证据表明宿主和微生物之间存在复杂的相互作用肠道。肠道微生物可以通过三种特别重要的方式与大脑相互作用：1）直接通过迷走神经以及环绕肠道并将信号传递给大脑的神经网络；2）通过存在于肠道并向大脑移动的免疫细胞；3）通过肠道微生物产生的代谢物，首先进入血液，然后进入大脑，最终影响行为。当肠道细菌的某些代谢物被注射到功能健康的小鼠中时，可导致焦虑和自闭症相关的异常行为。这进一步支持了微生物代谢分子连接神经内分泌代谢应激反应系统中的大脑、肠道和神经情绪回路的可能性。
前对于健康的肠道菌群组成还没有一个完美的标准肠道。由于环境和遗传因素，人们的“正常”肠道菌群会存在很大差异。通常，健康和多样化的肠道微生物有助于促进肠道健康并维持代谢、结构和信号功能。然而，许多因素都会引起肠道菌群失去平衡，改变肠道菌群的正常多样性和稳定性；这表现为肠道不稳定，无法正常发挥功能，并最终导致或促进神经、代谢或自身免疫功能紊乱。导致菌群失调的原因包括不健康饮食、药物滥用、环境毒素、酒精摄入、过度压力以及酵母和细菌过度生长等等。
