絕大多數可以可靠收集的生物樣本都適用于代謝組學研究。常見的樣本主要有：臨床和動物的血清、血漿、尿液、糞便、各類組織、體液；細胞和微生物、培養液和發酵液；植物的根、莖、葉、花等。
代謝每時每刻都在發生變化，我們需要研究的是某個或多個瞬時狀態，因此樣本采集一般需要保證“快速、一致、簡單”的，采集后通過低溫淬滅（如液氮淬滅或超低溫凍存等）的方法阻止離體后的樣本的代謝活動。另外，不同的檢測要求也需要配合不同的收集方法，具體步驟請參照譜領生物樣本收集步驟文件。

生物學重復指的是相同處理的相同類型的生物樣本的數量（如相同劑量給藥后2小時的小鼠采集并且相同儲存條件和處理方法血清樣本）。
相較于基因和蛋白，代謝物處于生命活動的下游，收到環境和遺傳背景等因素影響較大，生物學重復少可能會放大組內差異對于整體差異的影響，進而影響最終結果（如準確和足夠多的找出生物標志物）。因此根據不同的生物類型，需要不同的生物學重復來增加數據的可靠性和說服力。一般情況，不同類型的樣本生物學重復如下：

更加準確的信息可聯系譜領技術支持獲取。

根據不同的檢測要求，需要配合不同的樣本量和樣本采集方法，常規的方法和單個樣本量如下：
(1)     微生物和細胞樣本：細胞迅速猝滅細胞并冷凍保存；單個樣本細胞數量要求10^6。
(2)     動物體液（如尿、血、組織、器官、唾液）：采樣后要迅速預處理，如加入抗凝血劑、防腐劑，并立即冷凍處理（-80 ℃）；單個樣本要求體積為10μL。
(3)     植物樣本：采集后迅速冷凍（液氮），然后轉入-80℃保存，單個樣本要求質量為50mg；
(4)     血清樣品： 避免反復凍融。血液收集在離心管中靜置30分鐘進行凝血。8000rpm離心10分鐘，取上清分裝到凍存管中，放置液氮中或-80度凍存；單個樣本要求體積為50μL。
(5)     尿液樣品：臨床樣本請全部取清晨第一次尿液。尿液直接分裝到離心管中，8000rpm離心10分鐘，取上清分裝到凍存管中，放置液氮中或-80度凍存，-80度凍存；單個樣本要求體積為100μL。
(6)     其他樣本收集辦法請咨詢譜領工作人員。

對于臨床的樣本建議每組最低25個生物學重復，達到30例以上最佳。
因為臨床樣本受外界環境和遺傳背景影響較大，需要很多生物學重復來消除這些外在影響。此外，在樣本收集過程中，應保持收養的時間段和操作程序盡可能一致。