Egyes enzimek segítenek a nagy tápanyagmolekulák, például a fehérjék, zsírok és szénhidrátok kisebb molekulákra bontásában. Ez a folyamat a táplálék emésztése során történik az állatok gyomrában és beleiben. Más enzimek a kisebb, lebontott molekulákat a bélfalon keresztül a véráramba irányítják. Megint más enzimek elősegítik a nagy, összetett molekulák kialakulását a kicsikből, egyszerű molekulákból, hogy sejtalkotók jöjjenek létre. Az enzimek számos más funkcióért is felelősek, amelyek közé tartozik az energia tárolása és felszabadítása, a szaporodás menete, a légzési folyamatok és a látás. Az élethez nélkülözhetetlenek.

Minden enzim csak egyfajta kémiai reakciót képes elősegíteni. Azokat a vegyületeket, amelyekre az enzim hat, szubsztrátoknak nevezzük. Az enzimek szorosan szervezett anyagcsere-rendszerekben, úgynevezett útvonalakban működnek. Egy látszólag egyszerű biológiai jelenség – például egy izom összehúzódása vagy egy idegimpulzus továbbítása – valójában számos kémiai lépésből áll, amelyek során egy vagy több kémiai vegyület (szubsztrát) alakul át terméknek nevezett anyagokká; az anyagcsereút egyik lépésének terméke szubsztrátként szolgál az út következő lépésének.

Az enzimek szerepe az anyagcsereutakban diagrammatikusan szemléltethető. Az A által ábrázolt kémiai vegyület (lásd az alábbi ábrát) enzimkatalizált lépések sorozatában alakul át E termékké, amelyben egymás után keletkeznek a B, C és D által ábrázolt köztes vegyületek. Ezek szubsztrátként szolgálnak a 2, 3 és 4 által képviselt enzimek számára. Az A vegyület egy másik lépéssorozaton keresztül is átalakítható a G és H által képviselt termékekké, amelyek közül néhány megegyezik az E képződésének útjával.

A betűk kémiai vegyületeket, a számok az egyes reakciókat katalizáló enzimeket jelölik. A relatív magasságok a vegyületek termodinamikai energiáját jelölik (pl. az A vegyület nagyobb energiájú, mint a B, a B nagyobb energiájú, mint a C). Az A, B stb. vegyületek katalizátor hiányában nagyon lassan változnak, de az 1, 2, 3 stb. katalizátorok jelenlétében gyorsan változnak.

Az enzimek szabályozó szerepe az anyagcsere-utakban egy egyszerű analógia segítségével tisztázható: az ábrán betűkkel ábrázolt vegyületek és egy lejtőn összekapcsolt víztározók sora között. Hasonlóképpen, a számokkal ábrázolt enzimek a tározórendszer szelepeihez hasonlatosak. A szelepek szabályozzák a víz áramlását a tározóban, vagyis ha csak az 1., 2., 3. és 4. szelep van nyitva, akkor az A-ban lévő víz csak E felé áramlik, de ha az 1., 2., 5. és 6. szelep nyitva van, akkor az A-ban lévő víz G felé áramlik. Hasonló módon, ha az anyagcsereút 1., 2., 3. és 4. enzimje aktív, akkor E termék keletkezik, és ha az 1., 2., 5. és 6. enzim aktív, akkor G termék keletkezik. Az útvonalban lévő enzimek aktivitása vagy aktivitásának hiánya határozza meg tehát az A vegyület sorsát; azaz vagy változatlan marad, vagy egy vagy több termékké alakul át. Ezenkívül, ha termékek képződnek, a 3. és 4. enzimek aktivitása az 5. és 6. enzimek aktivitásához képest meghatározza a képződő E termék mennyiségét a G termékhez képest.

A víz áramlása és az enzimek aktivitása egyaránt a termodinamika törvényeinek engedelmeskedik; ezért az F tározóban lévő víz a 7. szelep megnyitásával nem áramolhat szabadon a H felé, mert a víz nem tud felfelé áramlani. Ha azonban az 1., 2., 5. és 7. szelepek nyitva vannak, a víz F-ből H-ba áramlik, mert a víz lefelé áramlása során az 1., 2. és 5. szelepen keresztül megőrzött energia elegendő ahhoz, hogy a 7. szelepen keresztül felfelé kényszerítse a vizet. Hasonló módon az enzimek az anyagcsereútban nem tudják az F vegyületet közvetlenül H-vá alakítani, ha nem áll rendelkezésre energia; az enzimek képesek az energiát megőrző reakciókból származó energiát felhasználni az energiát igénylő reakciók katalizálására. A szénhidrátok szén-dioxiddá és vízzé történő enzimkatalizált oxidációja során az energia egy energiában gazdag vegyület, az adenozin-trifoszfát (ATP) formájában marad meg. Az ATP-ben lévő energiát egy energiaigényes folyamat, például az izom enzimkatalizált összehúzódása során hasznosítják.

Mivel a sejtek és a szervezetek igényei eltérőek, nemcsak az enzimek aktivitását, hanem szintézisét is szabályozni kell; például a lábizom izomaktivitásáért felelős enzimeket a megfelelő időpontokban kell aktiválni és gátolni. Egyes sejteknek nincs szükségük bizonyos enzimekre; egy májsejtnek például nincs szüksége egy izomenzimre. Egy baktériumnak nincs szüksége enzimekre olyan anyagok metabolizálásához, amelyek nincsenek jelen a növekedési közegében. Egyes enzimek tehát bizonyos sejtekben nem képződnek, mások csak szükség esetén szintetizálódnak, megint mások pedig minden sejtben megtalálhatóak. Az enzimek képződését és aktivitását nemcsak genetikai mechanizmusok, hanem az endokrin mirigyekből származó szerves váladékok (hormonok) és az idegi impulzusok is szabályozzák. Kis molekulák is fontos szerepet játszanak (lásd alább az enzimek rugalmassága és alloszterikus szabályozása).

Ha egy enzim valamilyen szempontból hibás, betegség léphet fel. Az ábrán 1-4 számmal ábrázolt enzimeknek működniük kell az A kiindulási anyag E termékké való átalakulása során. Ha egy lépés blokkolódik, mert egy enzim nem képes működni, az E termék nem képződhet; ha az E szükséges valamilyen létfontosságú funkcióhoz, akkor betegség lép fel. Az ember számos örökletes betegsége és állapota egy enzim hiányából ered. Ezek közül néhányat a táblázatban sorolunk fel. Az albinizmus például a tirozináz enzim szintézisének öröklött hiányából ered, amely enzim katalizálja a haj- és szemszínt adó pigment képződésének egyik lépését.