L’utilisation croissante de nanomatériaux dans le secteur agro-alimentaire a pour conséquence une exposition chronique du tractus gastro-intestinal à des nanoparticules (NPs) inorganiques souvent dotées de propriétés biocides. Parmi celles-ci, les NPs de dioxyde de titane (TiO2) de l’additif alimentaire E171 sont susceptibles d’altérer la composition et l’activité du microbiote intestinal avec des conséquences sur la réponse immune. De manière réciproque, les interactions directes du TiO2 avec les cellules du système immunitaire intestinal peuvent moduler le microbiote. Des altérations de l’axe microbiote-système immunitaire sont associées à de nombreuses maladies chroniques comme le diabète et l’obésité. Ainsi, l’exposition chronique au TiO2 alimentaire interroge sur la capacité de ces NPs à induire ou aggraver ces maladies. Dans cette revue, les interactions entre le TiO2, le microbiote et le système immunitaire sont détaillées et comparées aux altérations du microbiote et à l’inflammation intestinale retrouvées chez des patients obèses ou diabétiques. Cette comparaison permet d’identifier de potentiels nouveaux mécanismes le long de l’axe microbiote-système immunitaire par lesquels le TiO2 pourrait contribuer au développement de désordres métaboliques.