Kemiska livsmedelstillsatser kan härröra från antingen syntetiska eller naturliga källor och används vanligtvis för ett av fyra syften. De fungerar som livsmedelskonserveringsmedel för att förlänga hållbarheten och förhindra förstörelse under förhållanden med värme och fukt, de används som färgämnen och smakförstärkare, eller de tillsätts för att öka livsmedels näringsvärde. Bearbetade livsmedel tenderar att ha många kemiska livsmedelstillsatser som införs i produkter i små mängder, men de vanligaste livsmedelstillsatserna i bulk är de som är utformade som smakförstärkare. Dessa inkluderar naturligt socker, majssirap med hög fruktoshalt och konstgjorda sötningsmedel som aspartam. Andra vanliga smakförstärkare inkluderar mononatriumglutamat (MSG) och naturliga kryddor med antingen syntetiska eller naturliga ursprung såsom smakerna spearmint, mandel och vanilj.
Medan sötningsmedel är den vanligaste kategorin av livsmedelstillsatser, är två andra som läggs till specifikt för hälsofördelar också mycket utbredda. Dessa inkluderar mineralet jod, som vanligtvis tillsätts som kaliumjodid för att fungera både som konserveringsmedel och för att förebygga sköldkörtelsjukdomar orsakade av brist på föreningen i kosten, och vitamin D, som tillsätts mjölk för att förebygga skelettsjukdomar samt främja ögon- och hudhälsa. Både jod och vitamin D har tillsatts till livsmedel i USA sedan 1920- och 1930-talen.
Ett annat nyckelområde där naturliga tillsatser används för att stärka ett livsmedels näringsvärde är med tillsatsen av B-vitaminer, järn och folsyra till bearbetat vitt mjöl. De flesta av dessa vitaminer finns naturligt i mjöl men går förlorade under malningsprocessen. De har lagts till i slutprodukten sedan 1940-talet för att förhindra sjukdomar som pellagra och beriberi hos barn och vuxna, och ryggmärgsbråck hos nyfödda.
Medan konstgjorda tillsatser kan falla inom ett intervall på cirka 20 olika kategorier. från antiklumpningsmedel till emulgeringsmedel och fuktighetsbevarande medel, flera av de vanligaste används för att förhindra att de naturliga fetterna och oljorna i maten förstörs. Dessa kemiska livsmedelstillsatser inkluderar butylerad hydroxyanisol (BHA) och butylerad hydroxytoluen (BHT), såväl som fettersättningar som smakar som fett som olestra och sterolestrar. Andra kemiska livsmedelstillsatser som används som både fettersättningsmedel och livsmedelsstabilisatorer eller konserveringsmedel är gummin som förvärvats från olika växter som tång. Dessa inkluderar karragenan, guargummi, johannesbrödmjöl och andra välkända tillsatser som xantangummi och arabicum.
Av de hundratals olika kemiska livsmedelstillsatserna är två kategorier av konserveringsmedel som vanligtvis används kända för att orsaka hälsoproblem i överskott. Dessa inkluderar natriumnitratföreningar, som kan tjäna den mångfaldiga rollen som konserveringsmedel, färgämnen och smakämnen på samma gång, och används ofta i charkuterier såväl som på andra ställen för att förhindra bakterietillväxt. Sulfiter är en annan bred kategori av kemiska livsmedelstillsatser som används för att förhindra missfärgning i torkad frukt och för att hålla skaldjur som räkor och hummer färska. Dessa föreningar är särskilt besvärliga för personer med astma och vissa typer av allergier, eftersom de i tillräckligt höga koncentrationer kan orsaka anafylaktisk chock som kan leda till döden om de inte behandlas omedelbart.