Karbonhidratlar, karbon (C), hidrojen (H) ve oksijen (O) elementlerinden oluşan organik bileşiklerdir. Doğal olarak nişasta içeren patates gibi bitkilerde bulunurlar. Birinci dereceden enerji kaynağı olarak görev yaparlar. Ağır egzersizlerle uğraşan sporcular bu nedenle karbonhidrat yönünden zengin gıdalarla beslenirler. Karbonhidratların yapı taşları glikoz, bağ türü ise glikozit bağlarıdır. Yapısal olarak monosakkarit adı verilen birimlerden meydana gelirler. Bu birimlerin her biri monomer olarak adlandırılır. Monomerlerin içindeki yapı taşları, karbon sayısına ve C, H, O elementlerinin dizilişlerine göre sıralanırlar.

Karbonhidratlar, hücrelerin ihtiyaç duyduğu enerjiyi sağlarlar. Ayrıca hücre zarının yapısında yağ ve proteinlere bağlı olarak işlev yaparlar. DNA, RNA ve ATP'nin yapısına giren çeşitli karbonhidrat türleri vardır.

Karbonhidratlar, monosakkarit, disakkarit ve polisakkarit olmak üzere üç gruba ayrılırlar. "Sakkarit" Latince'de şeker anlamına gelir. "Mono" tek, "di" iki, "poli" ise çok demektir.

Monosakkaritler, daha küçük parçalara ayrılamayan en basit şekerlerdir. Karbon sayıları 3-7 arasında değişir. Yapılarındaki karbon sayısına göre üç ana gruba ayrılırlar:

Disakkaritler, iki basit şeker atomunun birleşmesi ile oluşur. İki monosakkarit, bir kovalent bağ olan glikozit bağı ile birleşir. Bu süreçte bir molekül su açığa çıkar; bu olaya dehidrasyon denir. Disakkaritler su ile tepkimeye girdiğinde hidroliz meydana gelir. Hidroliz olmadan disakkaritler kana karışamaz ve hücre zarından geçemezler. Maltoz, sakaroz ve laktoz disakkaritlere örnektir.

Polisakkaritler, ikiden fazla şeker molekülünün birleşmesi ile meydana gelen kompleks moleküllerdir. Bunlar dehidrasyon reaksiyonu ile oluşurlar. Görevleri ve üretildikleri canlı grupları farklılık gösterir. Nişasta, glikojen, selüloz ve kitin polisakkaritlere örnektir. Nişasta ve selüloz bitkilerde üretilirken kitin, eklem bacaklıların dış kabuklarında bulunur.

Bitkilerde hücre çeperinin temel maddesi olan polisakkarit selülozdur. Selüloz ile nişasta arasındaki temel fark, selülozda glikoz moleküllerinin ters dönerek birbirine bağlanmasıdır. İnsanlarda amilaz enzimi bulunmadığından selüloz sindirilemez. Polisakkaritler, bakteri hücre duvarının yapısında mukopolisakkarit formunda bulunurlar. Glikojen, oksijenli solunum basamakları sonucunda insanların karaciğer ve kas hücrelerinde yağ formunda depolanır.