人體在休息或從事體力活動時所需要的能量，都是來自日常飲食中的營養素（nutrients）。這些營養素共可分為六個類別：
醣類（又稱碳水化合物）
脂肪
蛋白質
維生素
礦物質
水
1. 醣類
醣類或碳水化合物（carbohydrates）是由碳、氫和氧原子所組成的化合物的總稱，分單醣（monosaccharides）、雙醣（disaccharides）和多醣（polysaccharides）。
醣類最簡單的結構是單醣類，如葡萄糖（glucose，C6H12O6，亦稱作 dextrose 或血糖）、果糖[1]（fructose）和半乳糖[2]（galactose）。葡萄糖可以被人體細胞用來提供能量，亦可以肝醣（glycogen）的形式儲存於肌肉和肝之內，又或者被轉化成脂肪來儲存能量。人體能輕易地把果糖和半乳糖轉化成葡萄糖以提供能量。
雙醣類由兩個單醣組成，當中有蔗糖[3]（sucrose）、麥芽糖[4]（maltose）和乳糖[5]（lactose）。多醣類則是由三個或以上的單醣類組合而成，其中最普遍的有澱粉（starch）、纖維素（cellulose）和肝醣（glycogen）。
一個澱粉的分子可以由數百，甚至是數千個獨立的糖分子組成。澱粉的主要來源包括玉米、榖類、豆類及馬玲薯。纖維素是澱粉以外的另一種植物性多醣類，它是 植物的主要結構成分。雖然纖維素難以被人體消化，亦無多大的營養價值，但卻有助於腸胃的日常運作，縮短食物殘渣通過消化道的時間，及降低血液內膽固醇的功 效。
肝醣亦稱為動物性澱粉，也是一個很大的分子結構。肝醣在食物中的蘊藏量並不高，反而當過剩的葡萄糖進入肝或肌肉時，則會被轉化成肝醣（glycogenesis）而儲存起來。人體的肝和肌肉內約有 375 至 475 克的肝醣儲備（Katch 與 McArdle，1988），當需要葡萄糖來提供能量的時候，這些肝醣儲備便會再度被轉化成葡萄糖（glycogenolysis），隨著血液被帶到正在工作的肌肉之中，以供應所需的能量。
碳水化合物的主要作用，就是為人體內千億個細胞提供能量[6]。 食物中的碳水化合物，不論是各種醣類或澱粉，都要先分解成葡萄糖，才可以被血液運送到細胞來提供能量。如果這些葡萄糖仍未能滿足能量的需求，肝臟及肌肉的 肝醣儲備就會被動用來提供能量。反過來說，過剩的糖分會以肝醣的形式被儲存起來，不過當肝及肌肉內都儲滿了肝醣後，剩餘的糖分便會被轉化成脂肪，儲存在皮 膚下的脂肪細胞之中。因此，就算膳食是以碳水化合物為主（如高碳水化合物、低脂肪膳食），若吸取了過多熱量的話，體內脂肪的含量仍然是會有所提高的。此 外，攝取充足的醣類亦能避免人體以蛋白質作為供能用途。
2. 脂肪
脂肪（fats）是由碳、氫和氧的原子組成，主要是以皮下脂肪的型式儲存，亦有少量儲存於肌肉纖維（肌肉細胞）之內，還有一些存在於血漿之中。除了供應能量[1] 外，脂肪也是構成細胞的重要成分，而且還有保溫、保護體內重要器官和潤澤皮膚等用途。由於脂肪會減低腸胃的蠕動，所以停留在胃部的時間也較長，可以使人有飽足的感覺。健康正常的男性，脂肪約佔體重的 14 至 21%，女性側為 17 至 27%（鍾素珊、郭婕，2006），而脂肪的比例亦會隨著年齡的增長而增加。
人體內超過 95% 的脂肪，都是以三酸甘油脂（triglyceride）的形式出現。三酸甘油脂主要是由一個甘油（glycerol）和三個脂肪酸（fatty acid）的分子組合而成。脂肪酸又分為飽和[2]（saturated）與不飽和[3]（unsaturated）兩種。日常食用牛油中的脂肪酸，就是以飽和脂肪酸為主。一般來說，植物油[4]內的脂肪酸，都主要是不飽和脂肪酸。再者，不論脂肪酸的飽和程度[5]為何，所有脂肪的熱量基本上都相同。大部分營養學家和醫護人員都認為應以不飽和脂肪取代至小部分飽和脂肪的攝取量，以降低患上心血管疾病（如動脈粥樣硬化）和各種癌症（如直腸癌）的機會。
除 了三酸甘油脂外，部分脂肪還會以磷脂（phospholipids）、脂蛋白（lipoproteins）和膽固醇（cholesterol）等形式出 現。膽固醇可以從食物攝取或體內自行製造而成，它是人體內一些重要功能（如製造膽汁和雌、雄激素）的重要營養素。可是，醫學界認為三酸甘油脂和膽固醇均與 各種心血管疾病有關，很多人亦開始從膳食中減少這類脂肪[6]的攝取量。
脂蛋白是血液中運送脂肪的主要形態，它是血脂和蛋白質的結合體。高密度脂蛋白（high density lipoproteins， HDL）包含較多的蛋白質和相對地少的膽固醇；低密度脂蛋白[7]（low density lipoproteins，LDL）包含較多的脂肪和相對地少的蛋白質成分。低密度脂蛋白較容易黏附在動脈的血管壁上，於是令血管變得狹窄而逐漸形成冠心 病。反過來說，高密度脂蛋白能夠帶走血管壁上的膽固醇，亦能搶佔血管壁上的陣地，令低密度脂蛋白無處黏附，因而有助於預防心血管疾病。
由於人體對脂溶性維他命（如 A、D、E、K）和必須脂肪酸的需求，每日的膳食都應有 20 至 25% 的脂肪含量（ACSM / ADA / DC，2000）。此外，低熱量、低飽和脂肪膳食、戒煙及有氧運動均有助提高體內高密度脂蛋白的水平。
[1] 每克脂肪可產生 9 千卡熱量。
[2] 飽和脂肪酸的碳原子鍵全被氫原子佔滿，在室溫下呈固體狀態，如牛油、奶油；其主要來源為動物性食物，如肥肉、皮、動物油、雪糕、芝士等。一些植物油如棕櫚油、椰油，甚至某些磚裝植物牛油，也含有大量飽和脂肪酸。
[3] 不飽和脂肪酸尚有未被佔用的碳原子鍵，按其結構，再可被分為單元不飽和脂肪酸（如芥花籽油、橄欖油、花生油）和多元不飽和脂肪（如粟米油、葵花子油、魚脂 肪、軟性植物牛油）。單元不飽和脂肪酸有助於降低血液內「壞」膽固醇的含量，並維持「好」膽固醇的水平；多元不飽和脂肪酸則有助於降低膽固醇的總量。
[4] 把氫加進植物油後，便會形成反式脂肪酸（trans fatty acid）。反式脂肪酸會令「壞」膽固醇上升，「好」膽固醇下降；焙烘的糕點、餅乾、薯條等，大多都加入了反式脂肪酸，所以不宜多食。
[5] 脂肪酸的飽和程度越高，在室溫下越呈固體狀態；飽和程度越低，越呈液體狀態。
[6] 動物的內臟、肉類、蛋黃和動物脂油等，都含有大量的膽固醇。
[7] 低密度脂蛋白，含血清內 70% 的膽固醇，所以低密度脂蛋白膽固醇又稱為「壞」膽固醇。
3. 蛋白質
蛋白質[1] （proteins）主要由氨基酸（amino acids）組成，是人體組織結構的材料。總共有二十種不同的氨基酸，其中八種不可以在人體內合成，必須從食物中攝取，稱為必須（essential）氨 基酸；其餘十二種可以在人體內合成，稱為非必須（nonessential）氨基酸。建議成人每天應攝取約每千克體重 0.7 克的蛋白質，最少也要有每千克體重 0.35 至 0.5 克，但亦不可高於每千克體重 1 克的攝取量，否則蛋白質代謝時會提高腎臟的負荷。
[1] 蛋白質除了碳、氫、氧外，還包含了氮的原子。
4. 維生素與礦物質
雖然維他命、礦物質都不含熱量，但它們均是維持人體正常運動的重要營養素。一般來說，均衡的飲食已能夠提供足夠的維他命及礦物質，除有特別需要的人士 外，毋需再作額外的補充。就算有需要補充額外的維他命及礦物質，也必須按照醫護人員的指示進行。此外，亦無確實證據顯示額外補充維他命或礦物質有助於提高 運動表現。
5. 水
水就像維生素與礦物質一樣，也是不含熱量，它佔上了人體重量的 40 至 60%。由於肌肉的重量有 75 至 80% 是由水構成，而脂肪中水所佔的重量僅為 15 至 30%，所以就算體重相同，肌肉較多的人體內儲存著的水分亦會較多。
水分可以從飲品、食物及新陳代謝中獲得；水分亦可以從排除尿液、糞便、出汗及氣體交換中流失。尿液中有 96% 是水，成年人在正常情形下每天會排放 1000 至 1500 毫升的尿液。糞便中亦有 70% 是水，所以正常人每天會從糞便流失約 100 毫升的水分；可是在腹瀉的情況下，水分流失的程度卻可達至 1500 至 5000 毫升。
不僅是人體內的重要介質，也是調節體溫的重要物質。整個人體的表面約有二千五百萬條汗腺，在一般的氣溫下，人體每天會排放 500 至 700 毫升的汗液，但在酷熱的天氣下作劇烈運動時，汗液的流失可以高達 8 至 12 公升。馬拉松選手在一場正式比賽中就可以因汗液的流失而損失 6 至 10% 的體重。此外，每天亦有 250 至 300 毫升的水分會在呼氣的過程中被排出體外。因此，進行長時間的耐力運動時，水分的補充便相當重要。
