不飽和脂肪是一種脂肪或脂肪酸，其中脂肪酸鏈中至少有一個雙鍵。 如果脂肪酸鏈包含一個雙鍵，則它是單不飽和的；如果它包含一個以上的雙鍵，則它是多不飽和的。

在形成雙鍵的地方，從碳鏈中減去氫原子。 因此，飽和脂肪沒有雙鍵，具有xxx數量的與碳鍵合的氫，因此被氫原子飽和。 在細胞新陳代謝中，不飽和脂肪分子所含的能量（即更少的卡路里）比等量的飽和脂肪少一些。 脂肪酸的不飽和度越高（即脂肪酸中的雙鍵越多），就越容易發生脂質過氧化（酸敗）。 抗氧化劑可以保護不飽和脂肪免受脂質過氧化。

雙鍵可以是順式或反式異構體，這取決于雙鍵的幾何形狀。 在順式異構體中，氫原子在雙鍵的同一側； 而在反式異構體中，它們位于雙鍵的相對兩側（參見反式脂肪）。 飽和脂肪在加工食品中很有用，因為飽和脂肪不易酸敗，而且在室溫下通常比不飽和脂肪更堅固。 不飽和鏈具有較低的熔點，因此這些分子增加了細胞膜的流動性。

雖然單不飽和脂肪和多不飽和脂肪都可以替代飲食中的飽和脂肪，但反式不飽和脂肪不應該。 用不飽和脂肪代替飽和脂肪有助于降低血液中的總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平。 反式不飽和脂肪是一個例外，因為雙鍵立體化學使碳鏈傾向于呈現線性構象，這符合斑塊形成中的剛性堆積。 順式雙鍵的幾何結構導致分子彎曲，從而排除了剛性結構（參見上面的反式脂肪§化學鏈接以獲取說明這一點的圖紙）。 天然來源的脂肪酸（見上文）富含順式異構體。

盡管多不飽和脂肪可以預防心律失常，但一項針對脂肪攝入量相對較低的絕經后婦女的研究表明，多不飽和脂肪與冠狀動脈粥樣硬化的進展呈正相關，而單不飽和脂肪則不然。 這可能表明多不飽和脂肪更容易受到脂質過氧化的影響，而維生素 E 已被證明具有保護作用。

不飽和脂肪酸的實例是棕櫚油酸、油酸、肉豆蔻腦酸、亞油酸和花生四烯酸。 含有不飽和脂肪的食物包括鱷梨、堅果、橄欖油和菜籽油等植物油。 肉制品含有飽和脂肪和不飽和脂肪。

雖然不飽和脂肪通常被認為比飽和脂肪“更健康”，但美國食品和藥物管理局 (FDA) 的建議指出，不飽和脂肪的攝入量不應超過一個人每日熱量攝入的 30%。 大多數食物都含有不飽和脂肪和飽和脂肪。 營銷人員只宣傳其中之一，具體取決于哪一個占多數。 因此，各種不飽和脂肪植物油，如橄欖油，也含有飽和脂肪。

在化學分析中，脂肪酸是通過甲酯的氣相色譜分離的； 此外，還可以通過鍍銀薄層色譜法分離不飽和異構體。

對哺乳動物和爬行動物細胞膜的研究發現，哺乳動物細胞膜由比爬行動物更高比例的多不飽和脂肪酸（DHA，omega-3 脂肪酸）組成。 對鳥類脂肪酸組成的研究表明，與哺乳動物的比例相似，但對于給定的體型，與 omega-6 相比，omega-3 脂肪酸少 1/3。

這種脂肪酸組合物導致細胞膜更易流動，但也可滲透各種離子 (H+ & Na+)，從而導致細胞膜的維護成本更高。 這種維持成本被認為是哺乳動物和鳥類的高代謝率和伴隨的溫血性的主要原因之一。 然而，細胞膜的多不飽和反應也可能響應長期低溫而發生。 在魚類中，越來越冷的環境導致單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的細胞膜含量越來越高，以在較低溫度下保持更大的膜流動性（和功能）。