1995年，Gibson和Roberfroid首次引入了益生元的概念：益生元是一種不被消化或難以被消化的食物成分，這些成分通過選擇性的刺激結腸內細菌的增殖和/或活性，從而對宿主的健康有益。常用於研究的益生元包括菊糖(IN)、低聚果糖(FOS)、低聚半乳糖(GOS)、乳果糖等。

1. 防禦病原體

雖然建立人體內的病原體防禦機制具有一定的挑戰性，但我們可以利用模型系統來研究體外的病原體防禦機制。益生元給藥和益生菌增殖產生的有機酸導致腸道 pH 值降低，破壁靈芝孢子抑制病原體生長。建立穩定的共生微生物種群將減少入侵微生物的養分利用並防止其定殖。在對老年人的研究中，發現每天攝入低聚半乳糖(Gos)10周可以增強這些老年人的免疫功能。

2.調節免疫功能-預防過敏性疾病

雖然沒有確切的機制研究尚不清楚，但有證據分析表明，益生元可以通過減少2型T輔助系統細胞因子表達，從而產生影響變態心理反應(過敏)。在一項對259例嬰兒技術進行的雙盲、隨機、安慰劑對照臨床試驗中，嬰兒配方奶粉中的GOS和長鏈FOS與特應性皮炎、哮喘和蕁麻疹的發生率明顯降低相關。

3. 增加礦物質的吸收

大多數礦物質的吸收是通過小腸的主動運輸機制進行的。腸道菌群益生元發酵產生 SCFA，降低腸腔 pH 值，增加鈣溶解度，從而提供被動吸收的更大驅動力(機制尚未確定)。

研究顯示，FOS聯合菊糖/GOS可導致骨吸收和鈣礦化顯著增加，這樣的早期幹預可以減少老年骨質疏松症的發生率。

4. 改善腸道功能

腸道系統功能的改善通常歸因於飲食纖維的攝入。然而，動物進行研究結果表明，益生元發酵過程中產生的SCFAs可以通過調節腸道激素，進而能夠調節腸道的局部運動。同時，益生元的保濕工作能力發展也有軟化大便的作用，使大便更容易排出。

5. 對代謝的影響

雖然結果有所不同，但普遍認為益生元幹預對人體的葡萄糖穩態、炎症和血脂有積極作用。盡管已經證明攝入 GOS 和菊粉可以降低肥胖個體中炎症標志物的水平，但是這些研究相對較短期，長期攝入益生元對代謝的影響仍有待確定。

6. 調節食欲

益生元發酵產生的SCFAs可以通過多種機制調節食欲。研究表明，scfas和結腸L細胞之間的相互作用可以產生厭食激素，如PYY和GLP-1。此外，SCFAs可以通過肝門靜脈到達肝髒。在門靜脈中，丙酸鹽(一種SCFAs)作為飽腹信號刺激葡萄的糖異生。