Dokładny związek między witaminą D a depresją nie jest w pełni poznany. Wydaje się, że istnieje między nimi korelacja, jeśli nie bezpośrednia przyczyna. Stwierdzono, że osoby z depresją kliniczną mają niedobory witaminy D, chociaż mogą to być objawy innej przyczyny. Choroba afektywna sezonowa (SAD) to schorzenie, które uważa się za związane ze spadkiem ekspozycji na jasne światło w miesiącach zimowych, a brak światła słonecznego może również powodować niedobór witaminy D. Badania sugerują, że może istnieć związek przyczynowy między witaminą D a depresją, ponieważ pozytywne efekty osiągnięto poprzez podawanie związku osobom cierpiącym na stany depresyjne.
Wydaje się, że istnieje jakiś związek między witaminą D a depresją. Organizm ludzki jest w stanie syntetyzować witaminę D, jeśli dostępna jest wystarczająca ilość światła słonecznego, więc niedobór jest zwykle związany z brakiem naturalnego światła lub jakimś defektem. Brak światła słonecznego może również powodować objawy depresji u niektórych osób, tak jak w przypadku sezonowych zaburzeń afektywnych. Uważa się, że brak światła słonecznego ma negatywny wpływ na chemię mózgu, chociaż możliwe jest również, że niski poziom produkcji witaminy D może przyczyniać się do tego zaburzenia i innych form depresji.
Organizm ludzki jest uzależniony od rodzaju światła znanego jako ultrafiolet-b (UVB) do produkcji witaminy D. Badania i niepotwierdzone dowody sugerują, że terapia światłem z filtrami UV może poprawić nastrój, co sugeruje, że stany takie jak SAD nie są całkowicie spowodowane brakiem witaminy D lub poprawione przez jej obecność. Inne badania sugerują jednak, że witamina D może mieć podobny lub uzupełniający wpływ na nastrój. Jedno badanie z podwójnie ślepą próbą przeprowadzone w Australii sugerowało związek przyczynowy między witaminą D a depresją. Badanie to obejmowało podawanie witaminy D3 i wykazało pozytywne wyniki o jedno odchylenie standardowe w porównaniu z placebo.
Dowody anegdotyczne sugerują również związek między witaminą D a depresją. Nasilająca się depresja w niedawnej historii zbiegła się z szeregiem trendów, które ograniczyły narażenie człowieka na działanie promieni słonecznych, zwłaszcza na promieniowanie UVB niezbędne do produkcji witaminy D. Urbanizacja i czas spędzony na pracy w pomieszczeniach, szczególnie w zamkniętych środowiskach biurowych, mogą radykalnie ograniczyć nasłonecznienie narażenie. Potencjalnie szkodliwe skutki promieniowania ultrafioletowego doprowadziły również do szerokiego stosowania filtrów przeciwsłonecznych, które mogą mieć niezamierzony efekt zmniejszenia produkcji witaminy D. Nic z tego nie musi koniecznie dowodzić, że niski poziom witaminy D powoduje depresję, chociaż i tak można zaobserwować silny związek.