结合反应是体内最重要的生物转化方式。凡含有羟基、羧基或氨基等功能基的非营养物质，在肝内与某种极性较强的物质结合，增加水溶性、同时也掩盖了作用物上原有的功能基团，一般具有解毒功能。某些非营养物质可直接进行结合反应，有些则先经氧化、还原、水解反应后再进行结合反应。结合反应可在肝细胞的微粒体、胞液和线粒体内进行。椐参加反应的结合剂不同可分为多种反应类型：
1.葡萄糖醛酸结合反应
葡萄糖醛酸结合是最为重要和普遍的结合方式。尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA)为葡萄糖醛酸的活性供体，由糖醛酸循环产生。肝细胞微粒体中有UDP葡萄糖醛酸转移酶，能将葡萄糖醛酸基转移到毒物或其他活性物质的羟基、氨基及羧基上，形成葡萄糖醛酸苷。结合后其毒性降低，且易排出体外。胆红素、类固醇激素、吗啡、苯巴比妥类药物等均可在肝脏与葡萄糖醛酸结合而进行生物转化。临床上，用葡萄糖醛酸类制剂(如肝泰乐)治疗肝病，其原理即增强肝脏的生物转化功能。
2.硫酸结合反应
以3′－磷酸腺苷5′－磷酸硫酸(PAPS)为活性硫酸供体，在肝细胞胞液中有硫酸转移酶，能催化将PAPS中的硫酸根转移到类固醇、酚类的羟基上，生成硫酸酯。雌酮在肝内与硫酸结合而失活。
3.乙酰基结合反应
在乙酰基转移酶的催化下，由乙酰CoA作乙酰基供体，与芳香族胺类化合物结合生成相应的乙酰化衍生物。如磺胺类药物及抗结核药异烟肼在肝脏经乙酰化而失去作用。
4.甲基结合反应
肝细胞液及微粒体中具有多种转甲基酶，含有羟基、巯基或氨基的化合物可进行甲基化反应，甲基供体是S腺苷蛋氨酸(SAM)。例如，尼克酰胺可甲基化生成N甲基尼克酰胺。
5.甘氨酸结合反应
某些毒物、药物的羧基与辅酶A结合形成酰基辅酶A后，在酰基CoA：氨基酸N-酰基转移酶催化下与甘氨酸结合，生成相应的结合产物。如马尿酸的生成。
由上可见，肝脏的生物转化作用范围是很广的。很多有毒的物质进入人体后迅速集中在肝脏进行解毒，这是一方面，然而另一方面，正是由于这些有害物质容易在肝脏聚集，如果毒物的量过多，也容易使肝脏本身中毒，因此，对肝病患者，要限制服用主要在肝内解毒的药物、以免中毒。
上面列举的一些生物转化反应包括药物、毒物或腐败产物，经转化后毒性或生物活性减弱。然而有些物质，通过生物转化、其活性或毒性反而加强，即不是灭活而是激活。如苯骈芘(致癌物)是在肝内经过生物转化才形成终致癌物的。
还有些致癌物在体内存在多种转化方式，有的属于致癌(活化)，有的则属于解毒，例如黄曲霉素B1的生物转化。
