Vissa enzymer hjälper till att bryta ner stora näringsmolekyler, t.ex. proteiner, fetter och kolhydrater, till mindre molekyler. Denna process sker under matsmältningen av livsmedel i djurens mage och tarmar. Andra enzymer leder de mindre, nedbrutna molekylerna genom tarmväggen ut i blodomloppet. Ytterligare andra enzymer främjar bildandet av stora, komplexa molekyler från de små, enkla molekylerna för att producera cellulära beståndsdelar. Enzymerna är också ansvariga för många andra funktioner, bland annat för lagring och frisättning av energi, fortplantningsförloppet, andningsprocesserna och synen. De är oumbärliga för livet.

Varje enzym kan främja endast en typ av kemisk reaktion. De föreningar som enzymet verkar på kallas substrat. Enzymer verkar i tätt organiserade metaboliska system som kallas vägar. Ett till synes enkelt biologiskt fenomen – till exempel sammandragning av en muskel eller överföring av en nervimpuls – omfattar i själva verket ett stort antal kemiska steg där en eller flera kemiska föreningar (substrat) omvandlas till ämnen som kallas produkter; produkten från ett steg i en metabolisk väg tjänar som substrat för det efterföljande steget i vägen.

Enzymernas roll i metaboliska vägar kan illustreras schematiskt. Den kemiska förening som representeras av A (se diagrammet nedan) omvandlas till produkten E i en serie enzymkatalyserade steg, där mellanliggande föreningar som representeras av B, C och D bildas i tur och ordning. De fungerar som substrat för de enzymer som representeras av 2, 3 och 4. Förening A kan också omvandlas genom en annan serie steg, varav vissa är desamma som i vägen för bildning av E, till produkter som representeras av G och H.

Bokstäverna representerar kemiska föreningar; siffrorna representerar enzymer som katalyserar enskilda reaktioner. De relativa höjderna representerar föreningarnas termodynamiska energi (t.ex. är förening A mer energirik än B, B mer energirik än C). Föreningarna A, B etc. förändras mycket långsamt i avsaknad av en katalysator, men gör det snabbt i närvaro av katalysatorerna 1, 2, 3 etc.

Enzymernas reglerande roll i ämnesomsättningsvägarna kan förtydligas med hjälp av en enkel analogi: den mellan föreningarna, som representeras av bokstäverna i diagrammet, och en serie sammanhängande vattenreservoarer på en sluttning. På samma sätt är de enzymer som representeras av siffrorna analoga med ventilerna i reservoarsystemet. Ventilerna styr vattenflödet i reservoaren, dvs. om endast ventilerna 1, 2, 3 och 4 är öppna, strömmar vattnet i A endast till E, men om ventilerna 1, 2, 5 och 6 är öppna, strömmar vattnet i A till G. På samma sätt bildas produkten E om enzymerna 1, 2, 3 och 4 i ämnesomsättningsvägen är aktiva, och produkten G om enzymerna 1, 2, 5 och 6 är aktiva. Aktiviteten eller bristen på aktivitet hos enzymerna i ämnesvägen avgör därför vad som händer med förening A, dvs. att den antingen förblir oförändrad eller omvandlas till en eller flera produkter. Om produkter bildas bestämmer dessutom aktiviteten hos enzymerna 3 och 4 i förhållande till aktiviteten hos enzymerna 5 och 6 mängden produkt E som bildas jämfört med produkt G.

Både flödet av vatten och enzymernas aktivitet lyder termodynamikens lagar; därför kan vattnet i reservoaren F inte rinna fritt till H genom att öppna ventil 7, eftersom vatten inte kan rinna uppåt. Om däremot ventilerna 1, 2, 5 och 7 är öppna flödar vatten från F till H, eftersom den energi som bevaras under vattnets nedåtgående flöde genom ventilerna 1, 2 och 5 är tillräcklig för att tvinga vattnet uppåt genom ventil 7. På liknande sätt kan enzymer i den metaboliska vägen inte omvandla förening F direkt till H om inte energi finns tillgänglig; enzymer kan utnyttja energi från energibesparande reaktioner för att katalysera reaktioner som kräver energi. Under den enzymkatalyserade oxidationen av kolhydrater till koldioxid och vatten bevaras energi i form av en energirik förening, adenosintrifosfat (ATP). Energin i ATP utnyttjas under en energikrävande process, t.ex. den enzymkatalyserade muskelkontraktionen.

Eftersom cellernas och organismernas behov varierar måste inte bara aktiviteten utan även syntesen av enzymer regleras; t.ex. måste de enzymer som ansvarar för muskelaktiviteten i en benmuskel aktiveras och hämmas vid lämpliga tidpunkter. Vissa celler behöver inte vissa enzymer; en levercell behöver t.ex. inte ett muskelenzym. En bakterie behöver inte enzymer för att metabolisera ämnen som inte finns i dess tillväxtmedium. Vissa enzymer bildas därför inte i vissa celler, andra syntetiseras endast när de behövs och ytterligare andra finns i alla celler. Bildandet och aktiviteten av enzymer regleras inte bara av genetiska mekanismer utan även av organiska sekret (hormoner) från endokrina körtlar och av nervimpulser. Små molekyler spelar också en viktig roll (se nedan enzymflexibilitet och allosterisk kontroll).

Om ett enzym är defekt i något avseende kan sjukdom uppstå. De enzymer som representeras av siffrorna 1-4 i diagrammet måste fungera under omvandlingen av utgångssubstansen A till produkten E. Om ett steg blockeras på grund av att ett enzym inte kan fungera, kan det hända att produkten E inte bildas; om E är nödvändigt för någon livsviktig funktion uppstår sjukdom. Många ärftliga sjukdomar och tillstånd hos människor beror på brist på ett enzym. Några av dessa anges i tabellen. Albinism beror till exempel på en ärftlig brist på förmåga att syntetisera enzymet tyrosinas, som katalyserar ett steg i den väg genom vilken pigmentet för hår- och ögonfärg bildas.