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A vitamina D é um grupo de compostos esteróis cuja estrutura parental é o colecalciferol (vitamina D3). O colecalciferol é formado na pele a partir de 7-desidrocolesterol (provitamina D3) por exposição à radiação ultravioleta B, que é aquela radiação emitida principalmente com o sol mais forte, no horário das 10 horas às 16 horas. Um esterol vegetal, o ergocalciferol (provitamina D2), pode ser convertido de forma similar em vitamina D2 e tem atividade semelhante à da vitamina D.

A vitamina D mantém as concentrações intracelulares e extracelulares de cálcio e fosfato através de um mecanismo que facilita a absorção intestinal dos dois íons e, em conjunto com o PTH (hormônio produzido pela glândula paratireoide), promove a mobilização de cálcio e fosfato dos ossos. A vitamina D retarda a proliferação e promove a diferenciação de certos epitélios. Outras ações supostamente atribuídas à vitamina D, como anti-diabetes, anti-inflamatório e agente preventivo de câncer, permanecem controversas e estão sob investigação. 

A deficiência da vitamina D resulta em diminuição da mineralização do osso recém-formado, chamada de raquitismo na infância e osteomalácia quando em adultos. A sua deficiência também contribui para a osteoporose e aumento do risco de fraturas em idosos. A deficiência desta vitamina costuma estar presente geralmente após cirurgias gástricas de bypass e também em pessoas que têm baixa exposição ao sol. Haveria hoje uma maior incidência de hipovitaminose D na população em geral em comparação com anos atrás? Talvez sim, pois atualmente as pessoas ficam menos expostas ao sol. 

A expansão das placas de crescimento da epífise óssea e a substituição do osso normal por matriz óssea não mineralizada são as características principais do raquitismo, sendo que este último mecanismo também caracteriza a osteomalácia. Também podem ocorrer deformidades ósseas, fraturas patológicas e deficiência de cálcio e fosfato no sangue. Os valores no sangue aceitos na literatura como dentro da faixa normal para a vitamina D são os seguintes: acima de 15 μg na idade de 19-70 anos e acima de 20 μg na idade maior que 70 anos.

Todavia, na prática clínica, tem sido recomendado que para indivíduos apresentando uma densitometria óssea normal, o nível ideal de vitamina D é acima de 20 microgramas. E para indivíduos que apresentam, na densitometria óssea, um diagnóstico de osteopenia - condição que precede a osteoporose -; ou de osteoporose, o nível ideal de vitamina D no sangue é acima de 30 microgramas.