Una vitamina és un compost orgànic que l'organisme necessita com a nutrient en petites quantitats. El terme “vitamina” va esdevenir popular a principis del s. XIX, a partir de la contracció de les paraules “vital” i “mineral”, malgrat que el significat de la paraula hagi evolucionat des d'aquell temps. Un compost és anomenat vitamina quan no pot ser sintetitzat en suficients quantitats per l'organisme i per això ha de ser obtingut a partir de la dieta. La necessitat d'una determinada vitamina depèn tant de l'organisme viu com de les circumstàncies en què aquest es troba. Per exemple, l'àcid ascòrbic (vitamina C) el necessiten alguns animals però no altres, o les vitamines D i K, es necessiten en la dieta humana només en certes circumstàncies. El terme vitamina no inclou altres nutrients essencials com els minerals, els àcids grassos essencials, els àcids nucleics essencials o molts altres nutrients promotors de la salut, però necessitats en menor freqüència.
Les vitamines es classifiquen segons les seves funcions biològiques i activitat química, no segons la seva estructura. Així, cada vitamina es relaciona amb els diferents components vitamínics que mostren l'activitat biològica associada a cada vitamina particular. Hi ha diferents composts químics agrupats sota una vitamina alfabetitzada, que els descriu genèricament, com per exemple la vitamina A, que inclou el retinal, retinol i quatre carotenoides coneguts. Els composts vitamínics solen ser interconvertits per l'organisme.
Les vitamines tenen diferents funcions bioquímiques, fins i tot funcions hormonals (ex.: la vitamina D), d'antioxidants (ex.: vitamina E) i de mediadors de la senyalització cel·lular, reguladors cel·lulars, creixement del teixit cel·lular i diferenciació cel·lular (ex.: vitamina A). La funció del major nombre de proteïnes (ex.: vitamina B) és la seva funció com a precursors del cofactor enzimàtic de biomolècules (coenzims), que participen per exemple en la catàlisi i substrats en el metabolisme. Quan actuen com a part de la catàlisi, les vitamines són enllaçades als enzims i anomenades grups prostètics. Per exemple, la biotina forma part dels enzims implicats en la síntesi d'àcids grassos. Les vitamines també actuen com a coenzims per transportar grups químics entre enzims. Per exemple, l'àcid fòlic transporta diverses formes de grups carbònics –metil, formil i metilè- a la cèl·lula. Tot i que aquestes funcions vitamíniques són les més conegudes, les altres funcions són igualment importants.
Fins al s. XX, les vitamines només s'obtenien ingerint aliments, de manera que els canvis en la dieta (que podrien donar-se per exemple en un determinat període de l'etapa de creixement) podien alterar el tipus i quantitat de vitamines ingerides. Des de fa diverses dècades, les vitamines poden ser sintetitzades químicament, de manera que hi ha una àmplia quantitat de pastilles que actuen com a suplements vitamínics (en forma de complement dietètic) per substituir les deficiències en la dieta, que no són cars i de fàcil disponibilitat.