膽汁酸通過不同機制調節葡萄糖代謝。研究顯示,2型糖尿病患者餐后血漿膽汁酸水平較血糖正常者明顯升高。胰島素能抑制膽汁酸合成的限速酶7α羥化酶,從而減少膽汁酸的合成.；而葡萄糖能刺激7α羥化酶，從而增加膽汁酸的合成。研究發現，牛磺酸結合的熊脫氧膽酸能夠改善肥胖者胰島素的敏感性，而膽汁酸的螯合劑考來烯胺能降低2型糖尿病患者血漿葡萄糖水平、減少尿糖的排泄、降低糖化血紅蛋白水平。考來維侖治療12周的2型糖尿病患者，其糖化血紅蛋白、血漿果糖胺、餐后血糖水平以及空腹血糖均顯著降低。膽汁酸結合樹脂還能刺激飲食誘導的大鼠胰高血糖素原、胰高血素樣肽1前體的表達，從而增加胰島素分泌，降低血糖水平并改善胰島素的敏感性。用CDCA治療人的肝瘤細胞，可使細胞的磷酸烯醇丙酮酸羧基酶、葡萄糖6磷酸酶及果糖1,6-雙磷酸酶的表達下降。這三種酶是糖異生的關鍵酶，而且總的膽汁酸水平與餐后2h血糖的水平呈負相關，這些都說明了膽汁酸在葡萄糖代謝中的作用。
膽汁酸在葡萄糖代謝中的作用可能是通過FXR介導的。小鼠胰腺的β細胞存在FXR，而且膽汁酸能夠刺激胰腺分泌胰島素。有報道，奧貝膽酸(一種非固醇類FXR配體)能改善肝臟和外周葡萄糖的攝入，并改善胰島素敏感性27。當FXR被膽汁酸激活時，血漿葡萄糖的水平下降，并伴有糖異生基因表達下降。FXR基因敲除小鼠表現出輕度的葡萄糖不耐受和胰島素不敏感,而FXR激動劑GW4064能夠改善db/db小鼠模型的胰島素抵抗。最近研究報道指出，FXR的一個新靶點一醛-酮還原酶1B7是一個與解毒相關的基因，其過度表達降低了血漿葡萄糖水平、糖異生酶以及脂肪生成酶的表達。研究證明，小鼠成纖維細胞生長因子15和人成纖維細胞生長因子是FXR的靶點，而這些生長因子通過抑制cAMP調節元件結合蛋白，并下調過氧化物酶體增殖物激活受休γ輔激活因子x以抑制進食引起的肝糖異生。這些研究提示，FXR或許是通過抑制糖異生來降低血糖，從而在糖代謝中發揮重要作用。膽汁酸在糖代謝中的作用也可能是通過TGR5介導的。樹脂類和膽鹽轉運蛋白抑制劑能抑制回腸吸收膽汁酸，還可以通過TGR5刺激結腸胰高血糖素樣肽1的釋放。膽汁酸/考來維侖復合物也能激活結腸TGR5，進而促進胰高血糖素樣肽1的分泌，影響糖代謝過表達TGR5的轉基因小鼠顯著改善了高胎喂養的葡萄糖耐量異常。TGR5激動劑6A-乙基23(S)甲基膽酸能夠改善小鼠胰島素的敏感性，而不能改善TGR5缺陷小鼠的胰島素敏感性。