碳水化合物为生物提供能量和结构，它们由碳，氧和氢制成。 单糖包含最简单的碳水化合物，结构单元分子，并包含单个糖单元。 二糖由两个糖单元组成，多糖包含多个这样的单元。 单糖在自然界中是罕见的，而多糖是普遍的。
单糖和多糖的分子特征单糖包含至少三个碳原子。己糖是最常见的单糖，含有六个碳。己糖的实例包括葡萄糖，半乳糖和果糖。葡萄糖代表着细胞呼吸的主要能量来源，它的小尺寸使其具有进入细胞膜的能力。果糖用作储存糖。戊糖含有五个碳原子（例如核糖和脱氧核糖），而三糖含有三个碳原子（例如甘油醛）。单糖非常小，并形成链或环结构。然而，多糖包含数百甚至数千个单糖和高分子量。
能源供应和储存虽然单糖（例如葡萄糖）可提供短期能量，但多糖可提供更长的能量存储。细胞快速使用单糖。分子可以与细胞膜脂质结合并有助于信号传导。但是为了更长的存储时间，单糖必须通过缩聚反应转化为二糖或多糖。多糖变得太大而不能穿过细胞膜，因此它们的储存能力。淀粉代表植物及其种子用来储存能量的多糖。淀粉由葡萄糖聚合物，直链淀粉和支链淀粉制成。多糖可以在细胞中分解或水解，因为单糖形式需要能量。这就是动物利用植物淀粉制造葡萄糖进行新陈代谢的方式。
多糖的结构与功能纤维素是最丰富的多糖和有机分子，可能含有世界上50％的碳。纤维素的基本单糖是葡萄糖。直链纤维素分子通过它们之间的弱但普遍的氢键以稳定的形式排成一行。纤维素由植物，真菌和藻类制成，提供了植物细胞壁的刚性结构，还可以防止疾病。许多动物不能消化纤维素，但是可以使用肠道微生物和酶的动物。发酵发生在其他无法消化纤维素的动物和人类的结肠中。动物产生类似的多糖，几丁质，由修饰的单糖制成。甲壳质包括外骨骼。纤维素和甲壳质都构成紧凑的能量存储单元。
另一种多糖糖原可以迅速从其紧凑形式分解成其组成的葡萄糖单糖。人类将糖原存储为肝脏和肌肉中的快速能量来源。果胶，阿拉伯木聚糖，木葡聚糖和葡甘露聚糖代表另外的复杂多糖。单糖可溶于水，但许多多糖在水中的水溶性差。多糖可根据其溶解性形成凝胶。这就是为什么它们通常用于增稠食物的原因。
单糖和多糖的重要性单糖和多糖都提供能量。单糖为细胞快速产生能量，而多糖提供更长的能量存储和结构稳定性。两者对于所有生物都是至关重要的，是最大的食物和食物能量来源。来自细胞壁的多糖构成了人类食用的纤维，而单糖则为食品增添了甜味。随着人类的进食，咀嚼将多糖分解成较小的颗粒，最终通过消化产生可以传递到血液中的简单单糖。
