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ヒトや動物の腸内（消化管内）に定着し棲息（せいそく）する、膨大な数の細菌（総じて真正細菌を意味するが、古細菌を含む場合もある）群の総称。一般に細菌の染色に用いられるグラム（Gram）染色法で染色された腸内細菌叢の顕微鏡像が花畑のようにも見えることから、英文の学術論文では以前は腸内細菌叢を「ガット・マイクロフローラgut microflora（腸内フローラ）」と形容したが、floraは本来「植物相」を意味することから、近年ではガット・マイクロバイオータgut microbiotaの呼称が推奨されている。
細菌は、腸以外にも皮膚や呼吸器、女性生殖器などの粘膜面といった動物体と外部環境の境界面、さらには植物体の体表などにも定着しており、これらを総称して共生細菌とよぶ。共生細菌は口腔（こうくう）、胃、小腸にも定着しているが、大腸でもっとも多く、数百～1000以上にも及ぶ異なる菌種群から構成されている。その総数はヒトでは40兆個以上と概算され、これはヒト個体を形成する23兆～30兆とされる体細胞数より多い。
細菌は増殖に酸素を必要とするか、あるいは酸素存在下で生存できるかどうかにより好気性、通性嫌気性、偏性嫌気性などに分類される。腸内の酸素濃度は大腸の下部に向かって低下しており、大腸遠位部（末端部）ではほぼ無酸素状態となる。これは、好気性菌や通性嫌気性菌が酸素を消費しているためと考えられる。したがって腸内細菌叢は、小腸から大腸近位部（上部）では好気性菌や通性嫌気性菌からなり、大腸末端部では通性嫌気性菌と偏性嫌気性菌で占められている。
細菌は地球上に最初に現れた生物であり、地球上のあらゆる環境に適応してもっとも繁栄している生物である。腸内細菌は動物の誕生とともに腸内に共生し、宿主とともに進化することで腸内環境に最適化してきたと考えられる。その過程で、宿主にとって有害な病原性をもつ腸内細菌は排除されるか、あるいは病原性を失ったと考えられる。また、腸内は宿主が摂取する食物やその消化分解物、さらにそれらを腸内細菌が消化分解した代謝物が存在するため栄養豊富である。そのため細菌の生存に必要な代謝経路の一部を失った菌も存在し、一般の細菌と比較してゲノムサイズが小さい傾向がある。
なお、従来、DNA配列解析はその感度の問題から同一の配列をもつ複数コピーのDNAを得る必要があり、そのために細菌DNAの解析には単離培養が必須（ひっす）であった。腸内細菌の場合、その半数ないしそれ以上は難培養菌と考えられるため、多くの腸内細菌はゲノムDNAの配列解析が不可能であった。しかし、1コピーのDNA分子の配列解析も可能なほど高感度かつ高速な配列解析を可能とする次世代シークエンサーの登場により、単離培養を経ず、便中の細菌群集からそのままDNAを精製抽出し、配列解析することで、どのようなゲノム配列や遺伝子配列をもつ細菌がどのくらい存在するかがわかるようになった。これをメタゲノム解析（ショットガンメタゲノム解析）とよぶ。
一方、細菌の遺伝学的分類に用いる16SリボソームRNA（16SrRNA）遺伝子領域の一部をPCR（ポリメラーゼ連鎖反応）で増幅したDNA断片を配列解析に供する16SrRNAアンプリコン配列解析は、どのような菌がどのくらい存在するかがわかるのみであるが、解析するDNAの長さが短いことから、メタゲノム解析の10分の1以下のコストで解析できる。
ヒトも含め哺乳（ほにゅう）動物は胎内では無菌状態にあり、出生と同時に腸内細菌の定着が始まる。自然分娩（ぶんべん）では母親の産道の菌や授乳時に皮膚の菌が入ってくるが、帝王切開の場合は産道の菌にはさらされないため、自然分娩の場合と腸内細菌叢の構成は異なる。乳児期にはActinomycetota門のBifidobacterium属菌が優性である。なぜならヒトの母乳には、牛乳など他の哺乳動物乳にはごく少量しか含まれないヒトミルクオリゴ糖が豊富であり、ヒトミルクオリゴ糖はヒトの消化酵素では分解されずに大腸に到達し、Bifidobacterium属菌などの栄養素となるためである。とくに母乳栄養児ではBifidobacterium属菌が多い。離乳食を開始すると、Bacillota門やBacteroidota門が優勢な成人型の腸内細菌叢へと徐々に移行し、就学前後には成人型となる。その後は青年期を通して安定しているが、高齢者になると、日和見（ひよりみ）感染の原因ともなる、大腸菌Escherichia coliに代表されるPseudomonadota門が相対的に増加してくる。これらは若年者ではごくわずかしかみられない。
腸内細菌叢は、菌叢全体としてより複雑な代謝系をもつことで、宿主自身がつくることのできない代謝物である必須アミノ酸やビタミンを産生・供給する。また、腸内環境に最適化して存在しているため、経口的に入ってくる病原細菌が定着し増殖することができず、感染症を防ぐ役割もある。
腸内細菌叢やそれらが産生・分泌する代謝物は、宿主の免疫系や臓器組織の細胞の正常な発達や機能にとっても重要である。さまざまな疾患において、罹患（りかん）者の腸内細菌叢や便中代謝物には異常が認められ、それが疾患の発症や悪化につながる。一方で、疾患の発症や悪化を抑える腸内細菌もある。
腸内細菌叢の構成は個人ごとに異なるが、国・地域内の人同士のほうが国・地域が異なる人よりもその構成は似る。これは、人種間での遺伝的違いや食生活の違いなどによると考えられる。また、同じ地域のなかで比較した場合、家族間や同居人の間では、ほかの人と比較して、より共通の腸内細菌構成がみられる。
宿主に有益な腸内細菌を増やすオリゴ糖などをプレバイオティクス、腸内細菌を含め宿主に有益な菌そのものをプロバイオティクス、両者を組み合わせたものをシンバイオティクスとよび、さまざまな疾患や病的状態の予防などに処方されたり、健康食品に含まれていたりする。最近では、腸内細菌が産生する有用な代謝物をポストバイオティクスと呼称する。これらは、腸内細菌叢を改善したり是正したりする可能性のあるものとして注目されている。
このほか便微生物移植も知られる。これは、健常者の便中に含まれる微生物（腸内細菌叢）を精製し、腸内細菌叢が異常になっている患者の腸内に注入することで、健常者の腸内細菌叢に置き換える治療法である。便微生物移植は、古くは4世紀の中国で下痢に対する治療法としての記述がある。Clostridioides difficile感染症という、菌交代現象により顕在化する感染症は、とくに抗生物質耐性菌の場合、治療抵抗性、難治性となる。2013年、オランダのグループにより本疾患に対し健常者の便中の細菌叢を患者の腸内に移植すると奏効することが示され、以降、便微生物移植は世界的に広く行われるようになった。