肠—脑轴线（英语：gut–brain axis），也叫肠脑轴，是大脑和肠消化道两个器官间的沟通桥梁，而其中肠道中的菌群也对此路径贡献匪浅，三者相互影响并调控全身各种生理作用，从脑部早期发育到晚期老年的神经疾病的皆与此连结轴线有着密切的关系。肠—脑轴线这个词已延伸来描述肠道菌种与肠道表皮细胞交互作用中的角色，有时也会用菌—肠—脑轴线（microbiome–gut–brain axis）具体指出菌种在其中的角色。

以较广的定义来看，肠—脑轴线包括中枢神经系统、中枢内分泌系统及中枢免疫系统，其中包括下丘脑—垂体—肾上腺轴（HPA轴）、自主神经系统中的交感神经系统、副交感神经系统（迷走神经）及肠神经系统，以及肠道中的微生物群（英语：microbiota）在动物体的肠胃表面最主要被自主神经系统所连结支配，但在肠胃道中的菌相的刺激下，也会促使肠道表皮细胞分泌生理调控讯息，而此生理调控讯息除了会诱导产生局部免疫反应外，更会经由和其连结的自主神经系统，将生理讯息传送至大脑中枢，进而影响到中枢内分泌系统及中枢免疫系统。。

研究者对此领域开始关注的原因是因为2004年的一篇研究，发现肠道中没有菌种的小鼠，其HPA轴对压力的反应比一般肠道中有菌种的小鼠要夸张许多。因此目前在实验室或是人体临床的研究，主要针对肠道菌种在肠—脑轴线中的角色进行分析，以及分析肠道菌相刺激肠—脑轴线产生的神经传导物质，如血清素、多巴胺、乙酰胆碱、γ-氨基丁酸对大脑中枢神经系统的影响。或是研究人在不同精神状态下，大脑经由肠—脑轴线对肠道菌种的生长调节变化。因此可以了解到，菌-肠—脑轴线是双向的生理调控管道，和发育及身心健康息息相关。在过去近20年的研究中，科学家已清楚地注意到肠道菌相对人体重要性，且在临床上证实，在破坏菌—肠—脑轴线的平衡时，会诱导自体免疫系统对神经系统的攻击，导致多发性硬化症。这是一种脱髓鞘性神经病变，患者脑或脊髓中的神经细胞表面的绝缘物质受到破坏，造成神经系统的讯息传递受损，导致一系列可能发生的症状，影响患者的运动功能、心智能力、甚至精神状态的损伤。

另外，在分析自闭症儿童的肠道菌相中，也发现其粪便中的菌相与健康儿童有着明显差异。Sarkis Mazmanian 的研究团队进一步的将自闭症儿童的肠道菌喂食小鼠，发现在喂食自闭症儿童肠道菌的小鼠中，不仅会改变小鼠肠道菌相，更诱导小鼠产生明显的自闭症行为。然而菌—肠—脑轴线不仅仅是对儿童发育有着显著关联性，其对老年人的精神疾病也有明显影响。临床上帕金森氏症病人的肠道菌相也与健康人明显不同。2019年Ted Dawson、Han Seok Ko 发现“由肠到脑”帕金森氏症造症原因。证实在小鼠肠道中的病源型突触核蛋白（英语：alpha-Synuclein）可经由迷走神经的传递，进而运送到运动神经元，过多的病源型突触核蛋白的累积造成路易体（英语：Lewy body）形成及细胞氧化压力和发炎，导致了运动神经元的坏死，进而造成病人颤抖、肢体僵硬、运动功能减退。