植物通过奇妙的光合作用，把水和二氧化碳合成为一种含有碳、氢和氧三种元素的物质，因为它所含的氢氧的比例为2∶1，和水一样，所以称为碳水化合物。但是后来科学家们发现，有些不属于碳水化合物的分子，如甲醛、乙酸、乳酸等，也有相似的结构，而某些碳水化合物分子的元素组成却不符合这一比例。于是在1927年，国际化学名称委员会建议用“糖”来代替“碳水化合物”。区别于食用精制糖，在营养学上，糖是一个很宽泛的概念，其中大多数尝不出甜味，但对人类却极其重要，它是能量的最主要来源，占食物供给总热能的60%左右。但在实际生活中，因为长期所形成的习惯，中文的“糖”一般指带甜味的精制糖或者糖果，所以碳水化合物这一称谓虽不准确，还是被广泛使用作糖类的总称。
根据化学结构，碳水化合物又被分为单糖、双糖、寡糖和多糖。其中，单糖和双糖多具有甜味，是名副其实的“糖”。比较常见的单糖有葡萄糖、果糖等，双糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖等。
葡萄糖葡萄糖是构成多种碳水化合物的最基本单位，如淀粉就是由许多葡萄糖分子构成的，而蔗糖则是由一分子的葡萄糖和一分子的果糖合成的。葡萄糖能直接参与新陈代谢过程，淀粉和蔗糖在人体内也必须先转化为葡萄糖才能被人体组织吸收和利用。它不但是最常见的糖，也是世界上最丰富的有机物，在动物的血液、脑脊液、淋巴液中，以及水果、蜂蜜、植物的汁液中都以游离的形式存在。
果糖果糖也是一种重要的单糖，主要存在于水果和蜂蜜中，果糖是天然碳水化合物中甜度最高的糖，如把蔗糖的甜度定为1.0，则果糖的相对甜度为1.2，葡萄糖为0.7。果糖在代谢中不需要胰岛素的辅助，要经肝脏转化为葡萄糖才能被人体所利用。
蔗糖我们平常的食用糖就是精制过的蔗糖，包括白糖、红糖，是从甘蔗和甜菜中提取出来的。蔗糖是糖果糕点中必不可少的原料，但是因为精制过的蔗糖除了热量之外，不能为人体提供别的营养素，同时在体内的代谢还需要消耗多种维生素和矿物质，因此，经常吃糖会造成维生素缺乏、缺钙、缺钾等营养问题，专家们建议，每日摄入的蔗糖总量不要超过40克。
麦芽糖麦芽糖主要存在于发芽的谷粒，特别是麦芽中，故此得名。它是由两分子的葡萄糖结合而成的，甜度只有蔗糖的1/3。
糖醇类在水果蔬菜中，还存在一种糖醇类物质，它们也是单糖，但是具有在体内消化吸收慢，提供热能较少等特点，比较常见的有山梨醇、甘露醇、木糖醇、麦芽糖醇等。这些糖醇类物质作为防腐剂、甜味剂，现在被普遍用于食品加工中。
比单糖和双糖更为重要的碳水化合物就是多糖，多糖都是由10个以上的单糖分子组成的。多糖结构复杂，吃起来并不甜，主要分为糖原、淀粉和膳食纤维三种。
糖原糖原是动物体内碳水化合物的贮存形式, 主要由肝脏和肌肉合成贮存。当机体需要葡萄糖时，它可以迅速被分解以供急需，肌糖原主要供肌肉收缩时能量的需要，肝糖原则是血糖的重要来源。一般来讲，食物中糖原的含量很少。
淀粉淀粉是食物中碳水化合物的最主要的来源，谷类、薯类、豆类都含有丰富的淀粉。有人说，淀粉是最丰富、最廉价的热能营养素，是人类最重要的食物。
膳食纤维膳食纤维是不能被人体消化吸收的碳水化合物，主要来自植物的细胞壁。虽然不能为机体提供热量，但是膳食纤维在促进消化、排泄固体废物、调节血糖及胆固醇等方面有着不可忽视的作用，是一类重要的营养素。
