Un objetivo importante de la medicina moderna es el desarrollo de productos derivados de fuentes naturales para mejorar la sostenibilidad ambiental. En este estudio, se emplearon sustancias húmicas (HS) y tés de compost (CT) extraídos de alcachofa (ART) y posos de café (COF) como biomasa reciclada en plantas para optimizar el rendimiento de metabolitos específicos con características nutracéuticas y antibacterianas mediante la aplicación de estrategias sostenibles. Se elucidaron las características moleculares de los derivados de compost mediante espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear para investigar la relación estructura-actividad entre los extractos orgánicos y su potencial bioactivo. Además, se aplicaron flujos de trabajo de metabolómica combinada, no dirigida y dirigida, a plantas tratadas con diferentes concentraciones de extractos de compost. Las sustancias HS-ART y CT-COF mejoraron tanto la actividad antioxidante (valores de TEAC entre 39 y 55 mol g) como la eficacia antimicrobiana (valor de MIC entre 3.7 y 1.3 g mL) de los metabolitos de albahaca. El enfoque metabolómico identificó alrededor de 149 metabolitos relacionados con los tratamientos aplicados. La cuantificación dirigida de metabolitos destacó aún más el efecto estimulante de HS-ART y CT-COF en la síntesis de aminoácidos aromáticos y compuestos fenólicos para aplicaciones nutracéuticas. La combinación de caracterización molecular, ensayos biológicos y un enfoque metabolómico avanzado proporcionó una visión innovadora sobre la valorización de biomasa reciclada para aumentar la disponibilidad de compuestos naturales empleados en el campo médico.