Witaminy są jednym z najważniejszych składników odżywczych dla prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka. Chociaż witaminy nie dostarczają energii, tak jak węglowodany, ani nie działają jako cegiełki do wzrostu tkanek, takie jak białko, pomagają w syntezie i transporcie składników odżywczych w całym ciele, a także utrzymują równowagę systemów. Niewystarczające spożycie witamin może prowadzić do chorób; Związek między witaminami a chorobami niedoborowymi jest dobrze znany w przypadku krzywicy, beri-beri, szkorbutu i niedokrwistości złośliwej. Na przykład spożywanie zbyt małej ilości witaminy C może prowadzić do szkorbutu. Zbilansowana dieta składająca się z owoców i warzyw pomaga zapewnić odpowiednią podaż witamin.
Krzywica jest chorobą spowodowaną przede wszystkim brakiem odpowiedniej ilości witaminy D, a jej objawami są osłabienie kości, zahamowanie rozwoju szkieletu i częste skurcze mięśni. Związek między witaminami a chorobami niedoborowymi można zaobserwować, gdy organizm nie otrzymuje wystarczającej ilości witaminy D ze światła słonecznego, wapnia lub fosforanów. Substancje te działają również jako elektrolity lub związki przepuszczające impulsy elektryczne przez układ nerwowy. Kiedy organizm nie otrzymuje wapnia z pożywienia, pobiera go z układu kostnego. Wapń i fosfor, które dostarczają witaminę D, można znaleźć w mleku i warzywach liściastych lub można przyjmować suplementy witaminowe.
Beri-beri pokazuje również związek między witaminami a chorobami niedoborowymi. Tiamina lub witamina B1 jest substancją krytyczną w rozkładzie glukozy i innych cząsteczek energii. Pełni również funkcję przewodnika impulsów nerwowych, zwiększając aktywność receptorów nerwowych. Bez odpowiedniej podaży witaminy B1 mogą wystąpić takie objawy, jak letarg, niewyraźna mowa, szybkie bicie serca i brak koordynacji mięśniowej. Suche beri-beri wpływa na układ nerwowy, podczas gdy mokre beri-beri wpływa na układ sercowo-naczyniowy.
W epoce eksploracji, na początku XV-XVII wieku szkorbut był chorobą powszechną wśród marynarzy z powodu braku witaminy C w ich diecie. Szkorbut jest skutkiem tego, że organizm nie wchłania żelaza, nie wytwarza wystarczającej ilości kolagenu, aby utrzymać elastyczność tkanek, a tym samym nie utrzymuje układu odpornościowego. Początkowe objawy to słaby apetyt, biegunka i utrata wagi; krwawienie dziąseł i innych tkanek śluzowych, próchnica zębów, choroby skóry oraz infekcja chrząstki i tkanki łącznej występują wraz z postępem choroby. Historycznie rzecz biorąc, szkorbut był najczęściej śmiertelny, gdy marynarze nie mieli dostępu do owoców cytrusowych, ponieważ dostarczały one najwięcej witaminy C.
Związek między witaminami a chorobami niedoborowymi obejmuje również anemię złośliwą, która pojawia się, gdy zmniejsza się liczba czerwonych krwinek w organizmie. Dzieje się tak, gdy w organizmie nie ma wystarczającej ilości kombalaminy, czyli witaminy B12. Witamina B12 zwykle łączy się z białkiem zwanym czynnikiem wewnętrznym, który jest wydzielany w żołądku. Kiedy połączona witamina B12 i czynnik wewnętrzny docierają do jelita cienkiego, substancja jest wchłaniana i przekształcana w czerwone krwinki.