Det exakta sambandet mellan D-vitamin och depression är inte helt klarlagt. Det verkar finnas ett samband mellan de två, om inte ett direkt orsakssamband. Personer med klinisk depression har visat sig ha D-vitaminbrist, även om dessa båda kan vara symtom på en annan grundorsak. Seasonal affective disorder (SAD) är ett tillstånd som tros vara kopplat till den minskande exponeringen för starkt ljus under vintermånaderna, och brist på solljus kan också skapa en D-vitaminbrist. Forskning tyder på att det kan finnas ett orsakssamband mellan vitamin D och depression, eftersom positiva effekter har uppnåtts genom administrering av substansen till personer som lider av depressiva tillstånd.
Det verkar finnas en koppling av något slag mellan D-vitamin och depression. Människokroppen kan syntetisera vitamin D om tillräckligt med solljus finns tillgängligt, så en brist är vanligtvis kopplad till brist på naturligt ljus eller en defekt av något slag. Brist på solljus kan också orsaka symtom på depression hos vissa människor, vilket ses vid säsongsbetonad affektiv störning. Man tror att bristen på solljus har en negativ effekt på hjärnans kemi, men det är också möjligt att låga nivåer av vitamin D-produktion kan bidra till denna störning och andra former av depression.
Människokroppen är beroende av en typ av ljus som kallas ultraviolett-b (UVB) för att producera vitamin D. Studier och anekdotiska bevis tyder på att ljusterapi med UV-filter kan förbättra humöret, vilket tyder på att tillstånd som SAD inte helt och hållet orsakas av en brist vitamin D eller förbättras av dess närvaro. Andra studier tyder dock på att vitamin D kan ha en liknande eller komplementär effekt på humöret. En dubbelblind studie utförd i Australien antydde ett orsakssamband mellan vitamin D och depression. Denna studie involverade administrering av vitamin D3 och fann positiva resultat en standardavvikelse jämfört med placebo.
Anekdotiska bevis tyder också på ett samband mellan D-vitamin och depression. Ökad depression under senare tid har sammanfallit med ett antal trender som har minskat mänsklig exponering för solljus, särskilt för UVB som krävs för produktion av vitamin D. Urbanisering och tid som spenderas inomhusarbete, särskilt i slutna kontorsmiljöer, kan dramatiskt minska solljuset exponering. De potentiellt skadliga effekterna av ultraviolett strålning har också resulterat i en omfattande användning av solskyddsmedel, vilket kan ha den oavsiktliga effekten att minska D-vitaminproduktionen. Inget av detta bevisar nödvändigtvis att låga nivåer av vitamin D orsakar depression, även om ett starkt samband kan ses ändå.