O termo VITAMINA foi utilizado pela primeira vez em 1911, para designar um grupo de substâncias que eram consideradas vitais; todos elas continham o elemento nitrogênio, na forma de aminas. Embora saibamos que várias das vitaminas hoje conhecidas não possuem grupos aminas em suas estruturas químicas, o termo é usado até hoje. O termo "Fator alimentar acessório" tem sido utilizado, algumas vezes, para expressar este mesmo conjunto de substâncias, mas de uma forma politicamente correta!

A grande maioria das vitaminas não pode ser sintetizada pelos animais; mesmo as que são sintetizadas não são em quantidade insuficiente. As vitaminas, portanto, devem ser obtidas na dieta alimentar (ou, atualmente, em cápsulas...). Por isso são chamadas de nutrientes essenciais. E é daí que vem a definição mais atual do termo vitamina: "compostos orgânicos obtidos em uma dieta normal e capazes de manter a vida e promover o crescimento". O papel das vitaminas no organismo é extremamente importante: sempre que uma vitamina está ausente em uma dieta, ou não pode ser corretamente absorvida, surge uma doença específica.

Muitas vezes ingerimos não a vitamina, mas uma provitamina: uma substância com estrutura similar a uma vitamina específica, e que pode ser convertida a esta, via reações metabólicas. Exemplos são o beta-caroteno (precursor da vitamina A) e o 7-de-hidrocolesterol (precursor da vitamina D3). O triptofano é um amino-ácido, um dos tijolos fundamentais das proteínas. E é também um precursor do ácido nicotínico, a vitamina B4.
Existem substâncias que impedem o funcionamento normal de uma vitamina: são chamados antivitaminas. As antivitaminas podem ligarem-se às vitaminas (a antivitamina avidina, por exemplo, impede a função da vitamina tiamina), destruírem as vitaminas (a antivitamina tiaminase destrói a tiamina) ou inibirem a função coenzimática de uma vitamina.

As vitaminas regulam reações que ocorrem no metabolismo - em contraste com os macronutrientes (gorduras, carbo-hidratos, proteínas), que são justamente os compostos utilizados nas reações reguladas pelas vitaminas. A ausência de uma vitamina, bloqueia uma ou mais reações metabólicas específicas na célula, e pode eventualmente causar um distúrbio no balanço metabólico do organismo inteiro.
 

Com excessão da vitamina C (ácido ascórbico) todas as outras vitaminas hidrossolúveis tem atividade catalítica, isto é, atuam como coenzimas. Elas se ligam a proteínas, ativando sítios enzimáticos desta, capazes de catalisar reações de transferência de energia ou metabólicas. As vitaminas lipossolúveis, entretanto, atuam de maneira diferente, ainda não bem esclarescida. Sabe-se que algumas delas controlam a síntese, a nível genético, de algumas enzimas. Sua distribuição, no organismo, tende a ser altamente seletiva, sendo presentes em somentes certos tecidos específicos.

As vitaminas hidrossolúveis são inativas na forma livre; algumas mudanças estruturais ou interações com outras moléculas, no organismo, é que geram a sua forma ativa, a coenzima. Após a formação de uma coenzima ativa, esta se combina com uma proteína (apoenzima) para ativar, então, a atividade catalítica da apoenzima; a partir deste momento, as reações catalisadas por esta enzima podem ocorrer na célula. As antivitaminas podem atuar neste processo de várias maneiras, tal como impedindo a formação da coenzima, competindo com a esta pelo sítio receptor na apoenzima, competindo com os compostos cujas reações são catalisadas pela enzima ou, ainda, inativando uma coenzima já formada.

Embora a vitamina C participe de algumas reações enzimáticas, ainda não foi provado que o ácido ascórbico seja uma coenzima. Suas propriedades provavelmente devem ao seu caráter redutor, isto é, ele facilmente perde elétrons para outras moléculas. Os humanos requeres a vitamina C para a formação do colágeno, um tecido conectivo, que mantém juntos os tecidos da pele, músculos, vasos sanguíneos, e outros. Como as gengivas são ricas em vasos sanguíneos, e ficam sujeitas ao atrito durante a escovação, o sangramento das gengivas é um dos primeiros sintomas da hipovitaminose C. Hoje esta é uma doença rara, uma vez que muitos dos alimentos contém vitamina C, que é utilizada como antioxidante (ver artigo "Aditivos Alimentares"). Embora seja popular o uso desta vitamina contra gripe e resfriados, não existe nenhuma prova científica que justifique este emprego da vitamina C. Ao menos, mal não faz: como o ácido ascórbico é muito solúvel em água, insolúvel em gorduras e rapidamente reativo, não ocorre acumulação tóxica de vitamina C em nosso organismo, felizmente, mesmo com o abuso de seu consumo.
 

Várias vitaminas distintas, tanto biologica como estruturalmente, pertencem ao grupo chamado de vitamina B. Em comum, todas são substâncias que ocorrem em quantidades mínimas em uma grande variedade de alimentos, e apresentam solubilidade significativa em água. As mais importantes são a tiamina (B1), riboflavina (B2), ácido pantonênico (B3), niacina (B4), piridoxina (B6) e a cobalamina (B12). A vitamina B12 ocorre somente em alimentos de origem animal; a vitamina B3, assim como as demais, ocorrem em praticamente todos os alimentos. As coenzimas da vitamina B atuam em sistemas enzimáticos de transferência de certos grupos entre moléculas; como resultado, proteínas, lipídeos ou carbo-hidratos são formados especificamente, para produzir tecidos ou armazenar energia. A coenzima do ácido pantotênico (coenzima A) atua no ciclo de Krebs, ou ciclo do ácido cítrico, que interconecta o metabolismo de gorduras, carbo-hidratos e proteínas. Esta coenzima é, portanto, um importante regulador no metabolismo destas substâncias. A tiamina (B1) e a piridoxina (B6) também atuam no ciclo de Krebs, controlando a conversão de proteínas e carbo-hidratos em metabólitos energéticos. A coenzima do ácido nicotínico (NAD+) facilita a transferência de prótons ou elétrons entre moléculas, que ocorrem, por exemplo, na síntese do ATP, e também no ciclo de Krebs.

Como vimos, a falta de uma vitamina provoca uma doença específica, conhecida como hipovitaminose. A seriedade da hipovitaminose depende da vitamina ausente. A deficiência de vitamina A, por exemplo, pode provocar cegueira noturna. Em alguns casos, basta a reposição da vitamina na dieta para curar o mal. Entretanto, os danos provocados podem ser irreversíveis, principalmente quando atingem tecidos não regenerativos, como a córnea, os ossos, os nervos, etc.. A deficiência de vitamina pode ser primária, no caso onde o cunsumo na dieta está abaixo do mínimo requerido, ou secundária, quando uma doença pré-existente, ou uma situação de stress, provocam uma mal absorção das vitaminas presentes na dieta. Isto ocorre, normalmente, em pessoas com alcoolismo crônico e durante a lactação.