營養素是生物體用來生存、生長和繁殖的物質。膳食營養攝入要求適用于動物、植物、真菌和原生生物。營養物質可以被納入細胞中用于代謝目的，也可以被細胞排泄出來，以產生非細胞結構，如毛發、鱗片、羽毛或外骨骼。一些營養素在釋放能量的過程中可以代謝轉化為較小的分子，例如碳水化合物、脂質、蛋白質和發酵產品（乙醇或醋），導致水和二氧化碳的最終產品。所有生物都需要水。動物的基本營養物質是能量來源，一些氨基酸組合成蛋白質、脂肪酸、維生素和某些礦物質的子集。植物需要通過根吸收的更多種類的礦物質，以及通過葉子吸收的二氧化碳和氧氣。真菌以死有機物或活有機物為生，并滿足宿主的營養需求。

不同類型的生物具有不同的基本營養物質。抗壞血酸（維生素C）對人類和其他一些動物物種來說至關重要，這意味著它必須足夠多地消耗，但一些動物和植物能夠合成它。營養物質可以是有機的或無機的：有機化合物包括大多數含有碳的化合物，而所有其他化學物質都是無機的。無機營養素包括鐵、硒和鋅等營養素，而有機營養素包括提供能量的化合物和維生素等。

主要用于描述動物營養需求的分類將營養分為大營養素和微量營養素。消耗量相對較多（克或盎司）的大營養素（碳水化合物、脂肪、蛋白質、水）主要用于產生能量或融入組織中以生長和修復。微量營養素需要量較小（毫克或微克）；它們在細胞過程中具有微妙的生化和生理作用，如血管功能或神經傳導。基本營養素不足，或干擾吸收的疾病，導致缺乏狀態，損害生長、生存和生殖。消費者對膳食營養攝入量的建議，如美國膳食參考攝入量，基于缺乏結果，并為攝入的下限和上限提供宏觀營養素和微量營養素指南。在許多國家，法規要求在食品標簽上顯示重要內容的宏觀營養素和微量營養素。數量超過身體需求的營養物質可能會產生有害影響。食用植物還含有數千種通常稱為植物化學物質的化合物，這些化合物對疾病或健康有未知的影響，包括一種被稱為多酚的非營養狀態的多樣化類別，截至2017年，這些化合物仍然鮮為人知。

宏觀營養素有幾種定義。

• 人類消耗最多的化學元素是碳、氫、氮、氧、磷和硫，歸納為CHNOPS。
• 人類消耗量xxx并提供散裝能量的化合物分為碳水化合物、蛋白質和脂肪。水也必須大量消耗，但不提供熱量。
• 鈣、鈉、鉀、鎂和氯離子，以及磷和硫，被列為大營養素，因為與微量營養素（即維生素和其他礦物質）相比，它們需要大量維生素和其他礦物質，后者通常被稱為微量或超痕量礦物質。

宏觀營養素提供能量：

• 碳水化合物是由糖類組成的化合物。碳水化合物根據其糖單位的數量進行分類：單糖（如葡萄糖和果糖）、雙糖（如蔗糖和乳糖）、低聚糖和多糖（如淀粉、糖原和纖維素）。
• 蛋白質是由氨基酸和肽鍵連接而成的有機化合物。由于身體不能制造一些氨基酸（稱為必需氨基酸），飲食必須提供它們。通過消化，蛋白質被蛋白酶分解成游離氨基酸。
• 脂肪由一個含有三種脂肪酸的甘油分子組成。脂肪酸分子包含一個-COOH基團，該基團附著在單鍵（飽和脂肪酸）或雙鍵（不飽和脂肪酸）連接的無支烴鏈上。脂肪是構建和維護細胞膜、保持穩定的體溫以及維持皮膚和頭發健康所必需的。由于身體不生產某些脂肪酸（稱為必需脂肪酸），因此必須通過飲食獲得。

微量營養素支持新陳代謝。

• 膳食礦物一般為微量元素、鹽類或銅、鐵等離子。其中一些礦物質對人類新陳代謝至關重要。
• 維生素是人體所必需的有機化合物。它們通常作為體內各種蛋白質的輔酶或輔因子。

植物養分由十幾種通過根部吸收的礦物質以及通過葉子吸收或釋放的二氧化碳和氧氣組成。所有生物都從周圍環境中獲取所有營養物質。

植物以二氧化碳和水的形式從空氣和土壤中吸收碳、氫和氧氣。其他養分從土壤中吸收（例外包括一些寄生植物或食肉植物）。算上這些，植物有17種重要的營養素：它們是大營養素；氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、硫（S）、鎂（Mg）、碳（C）、氧（O）和氫（H）以及微量營養素；鐵（Fe）、（B）、氯（Cl）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鉬（Mo）和鎳（Ni）。除了碳、氫和氧；氮、磷和硫也需要相對較多。“六大”是所有生物的元素宏觀營養素。它們來自無機物質（例如二氧化碳、水、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和氮的雙原子分子，特別是氧氣）和有機物質（碳水化合物、脂質、蛋白質）。