Vitamin adalah salah satu nutrisi yang paling penting untuk fungsi yang tepat dari tubuh manusia. Meskipun vitamin tidak menyediakan energi seperti karbohidrat atau bertindak sebagai bahan pembangun untuk pertumbuhan jaringan seperti protein, vitamin membantu mensintesis dan mengangkut nutrisi ke seluruh tubuh, serta menjaga keseimbangan sistem. Asupan vitamin yang tidak mencukupi dapat menyebabkan penyakit; hubungan antara vitamin dan penyakit kekurangan dikenal dalam kondisi seperti rakhitis, beri-beri, kudis dan anemia pernisiosa. Misalnya, mengonsumsi terlalu sedikit vitamin C dapat menyebabkan penyakit kudis. Makan diet seimbang dengan buah-buahan dan sayuran membantu memastikan asupan vitamin yang cukup.
Rakhitis adalah penyakit yang terutama disebabkan oleh kekurangan vitamin D yang cukup, dan gejalanya termasuk tulang yang lemah, perkembangan kerangka yang terhambat, dan seringnya kram otot. Hubungan antara vitamin dan penyakit kekurangan dapat dilihat ketika tubuh tidak mendapatkan cukup vitamin D dari sinar matahari, kalsium atau fosfat. Zat ini juga bertindak sebagai elektrolit, atau senyawa yang melewatkan impuls listrik melalui sistem saraf. Ketika tubuh tidak menerima kalsium dari makanan, ia mengambilnya dari sistem kerangka. Kalsium dan fosfor yang memberikan vitamin D dapat ditemukan dalam susu dan sayuran berdaun, atau suplemen vitamin dapat dikonsumsi.
Beri-beri juga menunjukkan hubungan antara vitamin dan penyakit defisiensi. Tiamin, atau vitamin B1, adalah zat penting dalam pemecahan glukosa dan molekul energi lainnya. Ini juga berfungsi sebagai konduktor untuk impuls saraf dengan membuat reseptor saraf lebih aktif. Tanpa pasokan B1, gejala seperti lesu, bicara cadel, detak jantung yang cepat dan kurangnya koordinasi otot dapat terjadi. Beri-beri kering mempengaruhi sistem saraf, sedangkan beri-beri basah mempengaruhi sistem kardiovaskular.
Selama Zaman Eksplorasi, pada awal abad ke-15 hingga ke-17, penyakit kudis adalah penyakit yang umum pada pelaut karena kekurangan vitamin C dalam makanan mereka. Penyakit kudis adalah hasil tubuh tidak menyerap zat besi, tidak memproduksi cukup kolagen untuk menjaga elastisitas jaringan dan dengan demikian tidak menjaga sistem kekebalan tubuh. Gejala awalnya adalah nafsu makan yang buruk, diare dan penurunan berat badan; pendarahan pada gusi dan jaringan mukosa lainnya, kerusakan gigi, kelainan kulit dan infeksi tulang rawan dan jaringan ikat terjadi seiring perkembangan penyakit. Secara historis, penyakit kudis paling sering mematikan ketika pelaut tidak memiliki akses ke buah jeruk karena ini menyediakan vitamin C paling banyak.
Hubungan antara vitamin dan penyakit kekurangan juga termasuk anemia pernisiosa, yang terjadi ketika jumlah sel darah merah tubuh menurun. Ini terjadi ketika tidak cukup kombalamine, atau vitamin B12, hadir dalam tubuh. Vitamin B12 biasanya bergabung dengan protein yang disebut faktor intrinsik, yang disekresikan di perut. Ketika kombinasi B12 dan faktor intrinsik mencapai usus kecil, zat tersebut diserap dan diubah menjadi sel darah merah.