בטאין (BEET-uh-een, bē'tə-ēn', -ĭn) בכימיה הוא כל תרכובת כימית ניטרלית בעלת קבוצה פונקציונלית קטיונית טעינה חיובית כגון קטיון אמוניום רבעוני או פוספוניום (בדרך כלל: יוני אוניום) שאינה נושאת אטום מימן ועם קבוצה פונקציונלית טעינה שלילית כגון קבוצת קרבוקסילטים שאולי אינה צמודה לאתר הקטיוני. לכן, בטאין עשוי להיות סוג מסוים של דוטריון. מבחינה היסטורית המונח היה שמור לטרימתילגליצין בלבד. הוא משמש גם כתרופה. במערכות ביולוגיות, בטאינים רבים המופיעים באופן טבעי משמשים כאוסמוליטים אורגניים, חומרים המסונתזים או נלקחים מהסביבה על ידי תאים להגנה מפני מתח אוסמוטי, בצורת, מליחות גבוהה או טמפרטורה גבוהה. הצטברות תוך תאית של בטאין, שאינה מפריעה לתפקוד האנזים, מבנה החלבון ושלמות הממברנה, מאפשרת אגירת מים בתאים, ובכך מגינה מפני השפעות ההתייבשות. זהו גם תורם מתיל בעל משמעות מוכרת יותר ויותר בביולוגיה. בטאין הוא אלקלואיד בעל היגרוסקופיות חזקה, ולכן הוא מטופל לעתים קרובות בחומר נגד התגבשות בתהליך הייצור. המבנה המולקולרי והשפעת היישום שלו אינם שונים באופן משמעותי מזה של בטאין טבעי, והוא שייך למקביל החומר הטבעי של סינתזה כימית. בטאין הוא תורם מתיל יעיל ביותר שיכול להחליף מתיונין וכולין. החלף מתיונין כדי לשפר את ביצועי הייצור ולהפחית את עלות ההזנה.
