微量营养素

微量營養素（英語：Micronutrients），亦稱為微營養素，是指一類生物體需求相對較少，但對生物機體維持正常生理學功能有重要作用的營養物質，對人來說主要包含維生素和微量礦物質兩大類，其中組成微量礦物質、且含量在生物體中低於0.01%的元素又稱為「微量元素」。對微量營養素種類和需求量的要求隨物種不同而有所不同，例如人體所需的微量元素種類就和植物需要的微量元素種類不同。
人體所需的微量營養素中，主要的維生素種類有維生素A、維生素B、維生素C、維生素D、維生素E、維生素K，而已確定人體應保證攝入的微量元素有碘（I）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、硒（Se）、氟（F）、鉻（Cr）、銅（Cu）、錳（Mn），以及鉬（Mo）。人體如果長期缺乏微量營養素會導致微量營養素缺乏症，如碘缺乏會造成克汀病和地方性甲狀腺腫等碘缺乏病，鐵缺乏會因為血紅蛋白合成不足導致缺鐵性貧血，攝入維生素不足會導致多種維生素缺乏症。另一方面，攝入過量的微量營養素也會使人體患病，比如攝入碘元素過多會導致甲亢。

維生素

維生素是一類人體無法生物合成，必須通過食物獲取的有機物。人體對維生素的需求量較小，但維生素對人體正常生理機能的維持有重要的意義。維生素可以分為兩大類，脂溶性維生素和水溶性維生素。水溶性維生素因富含親水基團，在水中溶解度相對較高，包括維生素B和維生素C。脂溶性維生素的化學本質則大都是疏水的小分子，在水中溶解度低，但在脂類物質中溶解度較高。從食物中攝取脂溶性維生素時，為提高吸收效率，最能夠搭配脂類食物食用。脂溶性維生素包括維生素A、維生素D、維生素E，以及維生素K。
如果攝入的維生素不足，會導致多種維生素缺乏症。另一方面，長期攝入過量的維生素也對人體健康有害。結構合理的膳食是使人能攝入足夠但不過量維生素的最好保證。
人類發現的第一種維生素是維生素B1。在1911年，波蘭生物化學家卡西米爾·馮克發現稻殼提取液能治療鴿子的多發性神經炎。他將稻殼提取液中發揮治療作用的物質稱為「vitamine」，並在1912年通過學術刊物介紹了這一名稱。選用這一名稱是因為這一物質對生物生存至關重要（「vital」），且可能是胺類（amine）物質。雖然最後證明維生素B1並不是胺類物質，但「vitamine」去掉字母e以後的名稱「vitamin」還是一直沿用了下來。

脂溶性維生素

脂溶性維生素包括維生素A、維生素D、維生素E，以及維生素K，都是小分子的脂類物質。其中，維生素A在體內的活性物質多以視黃醇存在，也有少部分以視黃醛或視黃酸的形式存在。維生素對視覺維持有重要作用、對人體生長以及組織中的細胞分化也有調控作用。維生素A攝入不足先是會導致眼對綠光的感覺變得遲鈍，之後會轉變為夜盲症，直到最後發展為乾眼症。此外，維生素A攝入不足也會影響免疫細胞的分化，使人免疫力降低。但另一方面，攝入過量的維生素A對人體有毒性。維生素A過量後，不與結合蛋白結合的過量游離維生素A會損害中樞神經系統和肝臟的功能，以及人體內鈣的穩態。過量的維生素A也會導致皮膚因過度乾燥而受到損傷。
維生素D與人體對鈣元素的吸收密切相關。維生素D能促進人體內鈣結合蛋白的合成，使人體對鈣的吸收能力增強。在紫外線存在的情況下，人的皮膚能以膽固醇為起點合成維生素D。缺乏維生素D會導致佝僂病，過量的維生素D會導致血漿中含鈣過高，導致血壓升高等毒性作用。維生素E的化學本質是生育酚和生育三烯酚，能使人體性激素分泌增加，提高男性精子質量、降低女性流產概率。維生素E缺乏會導致神經系統出現問題，但維生素E缺乏較為罕見，一般情況下不會發生。維生素K與凝血蛋白合成有關，缺乏維生素K會造成凝血功能障礙。維生素K也和骨中鈣結合蛋白的合成有關。但人體內維生素K能通過腸道微生物等途徑合成，一般不會發生維生素K缺乏症。

水溶性維生素

水溶性維生素包括維生素B和維生素C，其中維生素B又分為維生素B1（硫胺）、維生素B2（核黃素）、煙酸（維生素B3）、泛酸（維生素B5）、維生素B6（吡哆素）、葉酸（維生素B9），以及維生素B12（鈷胺素）。維生素B在人體內主要扮演輔酶的角色，對多個生理學過程至關重要。例如，細胞的增殖依賴葉酸和維生素B12這兩種B族維生素。維生素B缺乏症（如腳氣病）的影響往往是全身性的。缺乏維生素B1會導致腳氣病；缺乏維生素B2會導致口角炎、脂溢性皮炎等疾病；缺乏煙酸會導致糙皮病；泛酸的缺乏會導致外周神經系統的疾病；缺乏維生素B12會導致惡性貧血；葉酸缺乏會導致巨母紅血球性貧血；孕期缺乏葉酸容易使新生兒出現神經管發育異常導致的出生缺陷，如脊柱裂。維生素B攝入過量也會導致肝腎功能受損、皮膚功能異常等副作用。補充維生素B1的較好途徑是食用未經充分研磨的穀物。牛肝、乳製品，以及食用真菌等食物是維生素B2的良好來源。煙酸可以通過馬鈴薯、雞胸肉，以及豬排等食物補充。牛肝、斑豆、牛油果，以及菠菜等食物中富含葉酸。維生素B12可以通過食用雞的肝臟、沙朗牛排、沙丁魚等食物補充。維生素B6缺乏症相對罕見。
維生素C的功能主要是維持結締組織的正常形態和功能。膠原蛋白中脯氨酸的羥基化過程依賴維生素C作為輔酶。如果缺乏維生素C，會因膠原蛋白無法提供足夠的分子間結合力而導致結締組織（如牙齦）潰爛、傷口難以癒合，即壞血病。維生素C在人體內也能起到抗氧化和促進鐵元素吸收的作用。高劑量的維生素C對普通感冒並無明顯治療效果，但可能可以減緩症狀。此外，高劑量的維生素C可能會導致人體內鐵元素、消化功能障礙等副作用。新鮮的水果和蔬菜中都富含維生素C，但維生素C很容易在加工烹調過程中流失。

微量元素

已確定人體應保證攝入的微量元素一共有九種，包括碘（I）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、硒（Se）、氟（F）、鉻（Cr）、銅（Cu）、錳（Mn），以及鉬（Mo）。
甲狀腺素化學本質是碘化的胺基酸，在合成中需要碘元素。碘攝入不足會導致促甲狀腺激素代償性增多，導致甲狀腺腫（大脖子病）。生長發育期的碘缺乏會影響成年後的智力和身高（即克汀病）。碘攝入過量同樣有害，會導致甲亢等疾病。海產品中一般富含碘元素。在食鹽中加碘是預防碘缺乏症的良好公共衛生手段。鐵是血紅蛋白中血紅素的配位中心。鐵攝入不足會導致缺鐵性貧血。牛肝和牛排等食物中富含鐵，是良好的補鐵食物。傳統鐵鍋也能適當補充鐵元素。攝入過量的鐵會導致鐵與體內的過氧化物發生反應，生成對體內DNA、蛋白質等生物大分子有破壞作用自由基。
鋅在人體內組成了多種酶的輔因子，使這些酶能行使正常的功能。高蛋白食物如魚類、禽類、畜類食物，一般含有較多的鋅元素。生長發育階段攝入鋅不足會導致生長遲滯、性成熟延遲。成年人缺鋅會導致免疫力低下等症狀。攝入鋅過量會導致嘔吐、腹瀉、頭痛、疲憊等副作用。高濃度的鋅也會影響人體消化道對鐵的吸收。
氟元素能取代牙齒和骨中羥基磷酸鈣的羥基，使其氟化，幫助骨和牙齒中的鈣鹽結晶沉澱。氟能有效預防齲齒的發生，氟缺乏最常見的症狀就是齲齒的發生率提高。缺乏氟的地區（如美國中部地區）可能會通過在飲用水中加氟預防氟缺乏症。但攝入過量的氟會導致氟中毒，牙齒上形成黃色的氟斑是輕度氟中毒的症狀之一。更嚴重的氟中毒會表現為氟骨症，關節和骨持續疼痛，甚至可能導致癱瘓。
硒元素缺乏與心臟病的發生有關。攝入硒不足也會使癌症的發生率上升。另外，硒元素缺乏也會導致肌肉無力、疼痛。攝入過量的硒會導致頭疼、噁心、關節痛，直至骨、神經系統，或肝臟受損。
鉻元素參與了脂類和糖類的代謝，鉻缺乏會導致葡萄糖代謝異常，攝入過量的鉻可能會使皮膚出現皮疹。
銅元素在人體內參與了血紅蛋白和膠原蛋白的合成。攝入過量的銅會導致嘔吐、腹瀉，以及肝功能受損。
錳元素與人的發育、代謝，以及抗氧化系統有密切聯繫，錳缺乏的情況相對罕見。攝入過量的錳會造成神經退行性的病變。
鉬組成了部分酶的輔因子，缺乏鉬會使人體內亞硫酸鹽氧化酶功能低下，造成人容易因食物中的亞硫酸鹽中毒。

植物所需的微量營養素

植物的正常生長，需要一些微量營養素（微量元素）的維持。植物對這些元素的需求量並不大，但它們卻在植物體中發揮著重要的生物學功能。目前已確定植物生存必需的微量元素一共有八種：鐵（Fe）、硼（B）、氯（Cl）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鉬（Mo），以及鎳（Ni）。一般情況下，植物可以從土壤的礦物質吸收這些微量元素的粒子或從分解的有機物中取得這些微量元素。