Vitaminas são compostos orgânicos e nutrientes essenciais de que o organismo necessita em pequenas quantidades para o normal funcionamento do seu metabolismo. Um determinado composto químico orgânico é denominado vitamina quando o organismo não consegue sintetizá-lo em quantidades suficientes para o bom funcionamento, devido a isso, faz-se necessária a ingestão (das vitaminas) através da dieta. Assim, o que é "vitamina" para uns organismos, pode não ser para outros. Por exemplo; o ácido ascórbico, uma forma de vitamina C, é uma vitamina para os seres humanos, mas não tem o mesmo valor para a maior parte dos animais.

Vale a pena citar que a suplementação de vitaminas é importante no tratamento de alguns problemas de saúde. No entanto, há poucas evidências de benefícios nutricionais quando usadas por pessoas saudáveis.

Por convenção, o termo "vitamina" não inclui nem outros nutrientes essenciais, como os sais minerais, ácidos gordos essenciais ou aminoácidos essenciais (que são necessários em maior quantidade do que as vitaminas), nem o grande número de outros nutrientes que promovem a saúde, mas são necessários em menor frequência para manter a saúde do organismo. Atualmente são reconhecidas treze vitaminas. Elas são classificadas de acordo com a sua atividade biológica e química. Desse modo, cada vitamina refere-se a uma série de compostos vitâmeros que mostram a atividade biológica associada a uma determinada vitamina. Cada conjunto desses compostos químicos é agrupado num título de descritor genérico ao qual é atribuída uma letra. Por exemplo, a vitamina A inclui os compostos retinal, retinol e quatro carotenoides conhecidos. Estes vitâmeros são convertidos para a forma ativa da vitamina no corpo e, por vezes, são conversíveis entre si.

As vitaminas têm várias funções bioquímicas. Algumas, como a vitamina D, têm funções semelhantes às hormonas enquanto reguladoras do metabolismo mineral, do crescimento celular e diferenciação dos tecidos. Outras, como a vitamina E ou a C, atuam como antioxidantes. As vitaminas do complexo B, o maior grupo de vitaminas, funcionam como precursoras dos cofatores enzimáticos, que ajudam as enzimas na sua função de catálise metabólica. Nesta função, as vitaminas podem ligar-se firmemente às enzimas como parte de grupos prostéticos. Por exemplo, a biotina faz parte das enzimas envolvidas na produção de ácidos gordos. Também podem se ligar, de forma menos firme, a catalisadores enzimáticos como as coenzimas – moléculas desvinculáveis que transportam grupos químicos ou eletrões entre moléculas. Para ilustrar, o ácido fólico pode transportar nas células os grupos metil, aldeído e metileno. Embora estas funções na assistência de reações enzimáticas sejam as mais conhecidas, as outras funções são igualmente importantes.

Até o século XX, as vitaminas eram obtidas exclusivamente a partir dos alimentos. Por isso, as estações de cultivo tinham um impacto profundo na dieta e geralmente alteravam de forma significativa o tipo e quantidade de vitaminas ingeridas. Na década de 1930, começaram a ser comercializados os primeiros suplementos de vitaminas D e C. Na segunda metade do século, passaram a estar amplamente disponíveis suplementos multivitamínicos sintéticos e acessíveis. O estudo do papel desempenhado na saúde ou o estudo das estruturas das vitaminas e das funções é denominado vitaminologia.