維他命D是一種脂溶性的類固醇激素先驅物，它主要是在皮膚內經由陽光照射而被合成。維他命D本身不具生物活性，它必需在肝臟和腎臟進行連續兩次羥基化反應後才會變為具有生物活性的1,25-二羥基維他命D。最重要的兩種維他命D型式是維他命D3(膽鈣化醇)和維他命D2(麥角鈣醇)。與維他命D3比較，人體不會製造維他命D2，而維他命D2是透過攝取強化食品(fortified food)或服用補充劑而被提供。在人體內，維他命D3和D2都是與血漿中的維他命D結合蛋白結合在一起，並且被運送至肝臟。在肝臟裏，維他命D3 和D2會被羥基化並生成了維他命D (25-羥基) ，即是25-羥基維他命D。血液中的25-羥基維他命D是在評估整體維他命D狀況時所必需檢測的代謝物，因為它是人體內維他命D的主要貯存型式。這種佔主要的循環型維他命D並不具生物活性，而其水平比血液循環中的1, 25-二羥基維他命D高出接近1000倍。血液循環中的25-羥基維他命D之半衰期是2-3週。超過95%的25-羥基維他命D(可於血清中測量到的)都是25-羥基維他命D3，而只有當病患服用維他命D2補充劑時，25-羥基維他命D2才會達到可測量的水平。維他命D2的效果被認為是較低的。

維他命D對於骨骼健康是必需的,孩童若嚴重地缺乏維他命D會引起骨骼發育異常(稱為佝僂症) ，輕度的維他命D不足被認為會降低膳食鈣的利用效率。維他命D缺乏可引起肌肉衰弱; 由於維他命D對肌肉功能是有作用，因此老年人若缺乏維他命D會增加跌倒的風險。維他命D缺乏症是續發性副甲狀腺功能亢進的常見原因。副甲狀腺素的水平上升時(特別是在維他命D缺乏的老年人)可以引起骨軟化病、骨代謝過高、骨質量減低、及較高的骨折風險。較低的25-羥基維他命D濃度是與較低的骨礦物質密度有關。結合其他的臨床數據時, 25-羥基維他命D的檢測結果可以用來輔助骨代謝的評估。

到目前為止，已證實維他命D可影響超過200種不同基因的表現。已得知維他命D的攝取不足是與糖尿病、各種類型的癌症、心血管疾病、自體免疫疾病及先天性免疫力有關。