Сниженный овариальный резерв (СОР) является одной из актуальных проблем репродуктивной медицины и часто ассоциирован с бесплодием и уменьшением эффективности программ ЭКО. Изменение метаболизма аминокислот может играть роль в патогенезе СОР как проявление эпигенетических нарушений в процессах фолликуло- и оогенеза. Целью исследования было проанализировать изменения метаболических путей аминокислот в плазме крови и фолликулярной жидкости и оценить их клиническое значение при СОР. В исследование вошли 115 женщин в возрасте 25–42 лет c бесплодием. Группы были сформированы в зависимости от овариального резерва и возраста. Выполнено исследование уровней аминокислот в плазме крови и фолликулярной жидкости методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с детектированием на масс-спектрометре (ВЭЖХ-МС) и проведен биоинформатический анализ их метаболических путей. Обнаружено статистически значимое изменение путей биосинтеза фенилаланина, тирозина и триптофана (влияние = 0,5; p = 0,026), метаболизма аланина, аспартата и глутамата (влияние = 0,114; p = 0,013) и биосинтеза аргинина (влияние = 0,289; p < 0,001), играющих роль в процессах фолликуло-, оогенеза и эмбриогенеза. Обнаруженные различия в содержании аминокислот в различных биологических жидкостях позволили разработать модели логистической регрессии, подтверждающие СОР с вероятностью 88% по уровням аминокислот в фолликулярной жидкости (чувствительность — 88%, специфичность — 84%) и 82% по уровням в плазме крови (чувствительность — 65%, специфичность — 91%). Эти результаты могут быть использованы для дальнейших исследований патогенеза бесплодия при СОР и выбора наиболее оптимальной тактики диагностики и лечения.