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As fibras alimentares constituem uma classe heterogênea de nutrientes que são essenciais na prevenção de várias doenças crônicas. A maioria das fibras alimentares é fermentada pelo microbioma intestinal e pode, portanto, modular a ecologia e o metabolismo microbiano intestinal, impactando a saúde humana. As fibras alimentares podem influenciar a ocorrência de táxons bacterianos específicos, com esse efeito variando entre os indivíduos. O efeito das fibras alimentares na diversidade microbiana é uma questão de debate. A maioria dos estudos de intervenção com fibras alimentares no contexto da obesidade e distúrbios metabólicos relacionados revela a necessidade de uma avaliação precisa do microbioma para entender melhor a resposta variável às fibras alimentares. Estudos epidemiológicos confirmam que uma alta ingestão de fibras alimentares está fortemente associada a uma ocorrência reduzida de muitos tipos de câncer. No entanto, há uma necessidade de determinar o impacto da intervenção com fibras alimentares específicas no risco de câncer, eficácia da terapia e toxicidade, bem como na caquexia do câncer. Nesta revisão, resumimos os mecanismos pelos quais o microbioma intestinal pode mediar os benefícios fisiológicos das fibras alimentares nos contextos de obesidade, doenças cardiometabólicas e câncer, sendo sua incidência claramente ligada à baixa ingestão de fibras alimentares.