Pigmenty karotenoidowe znajdują się we wszystkich rodzajach roślin i absorbują energię oraz chronią przed uszkodzeniem przez światło podczas fotosyntezy. Zarówno w kolorze czerwonym, jak i żółtym, karotenoidy są widoczne, gdy chlorofil, substancja przekształcająca światło w energię w roślinach i niektórych bakteriach, jest wyczerpana. Kolory, w jakie zmieniają się liście drzew jesienią, wynikają z ekspozycji pigmentów karotenoidowych. Te pigmenty zawierają również przeciwutleniacze, a spożywanie karotenoidów może chronić przed chorobami serca i rakiem u ludzi i innych gatunków.
Pod względem molekularnym większość karotenoidów biorących udział w tych procesach ma szkielet węglowodorowy. Wzdłuż tego szkieletu istnieje od trzech do 15 wiązań podwójnych, a liczba wiązań ma bezpośredni związek z częścią widma, którą może przetwarzać karotenoid. Światło między 400 a 500 nanometrów (nm) jest zazwyczaj pochłaniane przez te cząsteczki. Fitoen jest pierwszym rodzajem wytwarzanym z połączenia różnych składników molekularnych i ma kluczowe znaczenie w tworzeniu innych karotenoidów. Podstawowe pigmenty mogą być biosyntetyzowane w inne związki, takie jak beta karoten i likopen.
Karotenoidy odgrywają istotną rolę ochronną, ponieważ blokują działanie cząsteczek tlenu i rodników podczas interakcji światła i fotouczulaczy, takich jak chlorofil. Energia promieniowania jest przekazywana przez pigmenty karotenoidowe do poszczególnych cząsteczek chlorofilu, podczas gdy nadmiar energii jest rozpraszany w ramach cyklu ksantofilowego w niektórych roślinach i algach. Można również regulować cząsteczki chlorofilu, które pozostają w stanie aktywnym. Na poziomie molekularnym karotenoidy pomagają wiązać cząsteczki fotosyntetycznych białek pigmentowych.
Spożywanie organizmów roślinnych prowadzi do metabolicznego przetwarzania barwników karotenoidowych u łososia, krewetek, homarów i stworzeń. Zabarwienie takich ryb i skorupiaków pochodzi od barwników znajdujących się w jedzeniu. Na przykład dzikie łososie, które jedzą krewetki, mają znacznie bardziej czerwony kolor niż łosoś hodowany na farmach. Naturalne pozyskiwanie karotenoidów jest trudne, ale inżynieria genetyczna czyni tę perspektywę bardziej optymistyczną. Pigmenty syntetyzowane chemicznie nie dają takich samych wyników jak pigmenty naturalne.
Różne rodzaje karotenoidów występują w roślinach, bakteriach, grzybach i algach. Fitoen jest jedną z postaci pigmentu, który może być metabolizowany do beta-karotenu, który wraz z innymi związkami jest wykorzystywany do produkcji witaminy A oraz płynu siatkówkowego u ssaków. Właściwości fotosyntetyczne i wpływ na zdrowie człowieka sprawiają, że pigmenty karotenoidowe są jednym z najważniejszych elementów biologicznych w przyrodzie.