碳水化合物（carbohydrate，CHO）是由碳、氢和氧三种元素组成的有机化合物，因为分子式中氢和氧的比例恰好与水相同（2∶1），如同碳和水的化合物，因而得名。碳水化合物是人体必需的宏量营养素之一，是人类膳食能量的主要来源。

在人们知道碳水化合物的化学性质及其组成以前，碳水化合物已得到很好的利用，比如以含碳水化合物丰富的植物作为食物，或利用其制成发酵饮料。一直到18世纪德国化学家马格拉夫（Andreas Marggraf）从甜菜中分离出纯糖和从葡萄中分离出葡萄糖后，碳水化合物研究才得到迅速发展。1812年，俄罗斯化学家报道，植物中碳水化合物存在的形式主要是淀粉，在稀酸中加热可水解为葡萄糖。1884年，另一科学家指出，碳水化合物含有一定比例的C、H、O三种元素，其中H和O的比例恰好与水相同为2∶1。1891—1894年间，德国化学家费歇尔（E. Fisher）确定了葡萄糖的链状结构及其立体异构体，从此奠定了碳水化合物结构和功能研究的化学基础，鉴于其在立体化学的巨大成就，获得1902年诺贝尔化学奖。

目前发现，碳水化合物是含有多羟基醛类或酮类的一大类有机化合物。有些碳水化合物的分子式可用C _x（H ₂O） _y来表示，如葡萄糖为C ₆（H ₂O） ₆，蔗糖为C ₁₂（H ₂O） ₁₁，淀粉、糖原均为［C ₆（H ₂O） ₅］ _n，其中H和O的比例为2∶1。但是，有些碳水化合物的分子式却不能用C _x（H ₂O） _y代表，例如D-2脱氧核糖的分子式为C ₅H ₁₀O ₄，L-鼠李糖的分子式为C ₆H ₁₂O ₅。相反，某些非糖物质的分子式却可用C _x（H ₂O） _y来表示，例如甲醛为C ₁（H ₂O） ₁、乙酸为C ₂（H ₂O） ₂、乳酸为C ₃（H ₂O） ₃等。除此之外，有些碳水化合物中除C、H、O三种元素外，还含氮或硫。例如，氨基葡萄糖、硫酸软骨素等。

近年来，随着营养科学的发展，人们对碳水化合物生理功能的认识已从“提供能量”扩展到对慢性病的预防，如调节血糖和血脂、改善肠道菌群等，与慢性病的关系的研究也有许多新的研究成果，这些成果丰富了人类对碳水化合物营养作用的认识和理解。