每个细胞都有碳水化合物，其含量为2%~10%，主要以糖脂、糖蛋白和核糖的形式存在。糖是血液的重要成分，即血糖。正常情况下，糖类在人体内的合成与分解保持动态平衡状态。因此，血糖（确切地说是血葡萄糖）浓度也相对恒定。血糖保持相对恒定具有重要的生理意义。因为大脑、中枢神经组织必须依靠血糖供给能量，血糖浓度过低时，心脏、肌肉、大脑的工作能力下降，出现耐力不足、头晕、心悸及饥饿的感觉。当大脑严重缺乏能量时，可出现低血糖惊厥和昏迷。
在体内，碳水化合物和蛋白质结合生成糖蛋白。糖蛋白是生成抗体、激素等重要物质的原料，黏多糖可与蛋白质结合成黏蛋白，是构成结缔组织的基质。半乳糖是构成人体神经组织的成分，糖原是人体热量的贮备。此外，糖和脂形成的糖脂是细胞膜与神经组织的结构成分之一，对维持神经组织系统的机能活动有特别作用。核糖及脱氧核糖是核酸的重要组成成分。人体内的脂肪成分也有一部分是由糖转化而生成的。
02碳水化物是最理想的供能物质，可以节约蛋白质碳水化合物是人体进行生命活动的最主要的能源物质，是生命的燃料，每克糖类在体内氧化可产生热能4千卡，主要以葡萄糖的形式被吸收，并迅速氧化给机体提供能量，氧化的最终产物为二氧化碳和水。碳水化合物与机体某些营养素的正常代谢关系密切。碳水化合物有利于机体的氮储留，充足的碳水化合物摄入，可以节省体内蛋白质或其他代谢物的消耗，使氮在体内的储留增加，从而不会致使组织蛋白质过度分解，形成负氮平衡，这种作用称为碳水化合物对蛋白质的节约作用。
03碳水化合物维持神经系统的功能与解毒碳水化合物是维持大脑、神经、肺组织正常功能的唯一能量来源。当血糖浓度下降时，脑组织可因缺乏能源而使脑细胞功能受损，造成功能障碍，并出现头晕、心悸、出冷汗甚至昏迷等症状。脑、神经和肺组织依靠葡萄糖作为能源物质。
机体肝糖原丰富时，对某些有害物质如细菌毒素解毒作用增强；肝糖原不足时，机体对酒精、砷等有害物的解毒作用显著下降。肝脏中的葡萄糖醛酸具有解毒作用，肝脏中的葡萄糖醛酸能结合某些外来化学物（如阿司匹林、磺胺类等药物），将其排出体外。因而适量吃糖，有利保肝。
04碳水化合物有益肠道功能一些碳水化合物能促进肠道有益菌生长、刺激肠道蠕动、促进结肠菌群发酵产生短链脂肪酸，有利于粪便排出。如乳糖可促进肠中有益菌的生长，也可加强钙的吸收。碳水化合物丰富的食物，容易增加胃和腹的充盈感。特别是吸收缓慢和消化率低的碳水化合物，充盈感的时间更长。非淀粉多糖类如纤维素和果胶、抗性淀粉、功能性低聚糖等难消化的碳水化合物，虽不能在小肠消化吸收，但刺激肠道蠕动，增加了结肠发酵率，发酵产生的短链脂肪酸和肠道菌群增殖，有助于正常消化和增加排便量。
05碳水化合物辅助脂肪氧化和抗生酮作用脂肪在人体内氧化产生热量的过程中首先生成酮，酮在糖类的辅助作用下继续氧化产生热量。若缺少糖类辅助，则脂肪氧化不能彻底，只产生酮。酮在人体内积蓄，可发生酮血症、酮尿症。如果糖类供应充足，碳水化合物可提供充足的草酰乙酸，同脂肪分解产生的乙酰基结合，进入三羧酸循环被彻底氧化。从而，避免了由于脂肪酸氧化不全而产生过量的酮体（乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮）所导致的酮血症。故而糖类的充足供给，具有辅助脂肪彻底氧化和抗生酮作用，饥饿、糖尿病或高脂肪饮食时，均有可能发生酮症。
