肠道菌群是生存在人的肠道内的大量细菌共同构成的集体。肠道菌群参与机体食物消化、营养代谢吸收、药物代谢必需维生素的生成、免疫调节、维持胃肠道稳态等重要生理过程。肠道菌群失调与结肠癌、肥胖、糖尿病等疾病的发生均有一定相关性。膳食作为胃肠道与外界最直接的联系，研究表明，膳食会影响肠道菌群的基因及其组成，不同的代谢底物，优势菌群差异明显，从而影响肠道菌群的结构和功能。

肠道菌群含有大量人体自身缺乏的，能够参与碳水化合物、氨基酸、维生素等营养物质代谢的基因，其主要的代谢方式包括发酵、甲烷化和硫还原。肠道菌群可将宿主体内难以消化的碳水化合物分解转化为可吸收的单糖或短链脂肪酸，并为结肠细胞提供主要能量的来源，促进肠道上皮细胞的发育，调节胰高血糖素的产生，还与宿主之间存在肠肝循环等共代谢关系。

膳食蛋白质对肠道菌群结构影响的研究主要集中在高蛋白质的水平和不同蛋白质的种类方面。在高蛋白质饮食人群的肠道菌群内发现了，拟杆菌属、普氏菌属、颤螺旋菌属、梭杆菌属产气荚膜梭菌、芽孢杆菌属和萨特菌属的数量相比普通饮食人群增加，而厚壁菌门数量则在减少。糖化豌豆蛋白能够使人体肠道乳酸杆菌和双歧杆菌的数量增加。蛋白质可通过细菌的发酵、甲烷化、脱羧反应和硫还原改变呼吸链中的电子受体，这些代谢终产物改变了细菌的生长微环境，使细菌获得一定的生长优势，从而改变肠道菌群结构。

膳食脂肪对肠道菌群结构的影响，研究的方向主要集中在高脂饮食方面。有研究发现，富含高饱和脂肪酸的膳食能够促进原本较低丰度的亚硫酸盐还原菌和沃氏嗜胆菌的繁殖，提示膳食中脂肪酸的组成也可影响肠道菌群的结构。也有研究发现，相对于低脂饮食的人群，高脂饮食人群的肠道菌群中双歧杆菌的数量减少，但是这个结果还存在着一些缺陷，未能明确影响肠道菌群结构的决定性因素是高脂还是低碳水化合物。肥胖人群由高脂饮食转变为低脂、低碳水化合物饮食时，随着体质量的下降，肠道菌群的结构也在发生变化，拟杆菌门数量增加，厚壁菌门数量减少，且两者的数量比例逐渐接近健康的人群。所以肠道菌群结构的变化可能与高脂饮食引起的肠道轻度炎性反应、氧化应激增加使胃肠道微生态失衡加剧有关。

低糖和高糖饮食都会影响肠道菌群的结构，抗性淀粉和膳食纤维，可以避免被宿主体内蕴含的酶消化而到达结直肠，从而对肠道菌群产生直接影响。在一项试验中，受试者肠道菌群的结构在饮食干预的前后明显不同，随着食物中抗性淀粉含量的增加，布氏瘤球菌、颤杆菌属和直肠真杆菌等的数量均增加。高纤维饮食会增加肠道中双歧杆菌的数量，低纤维饮食则会增加普氏菌属的数量。膳食纤维所占的比例可显著影响肠道菌群的结构，摄入的大部分膳食纤维不能被消化而到达结直肠，其吸附性、保水性、离子交换作用和凝胶的形成等，以及肠道内细菌产生的消化酶将其分解时产生的少量泛酸，都对肠道菌群的数量和种类有一定的调节作用。