炭水化物は、多くの場合1:2:1の割合の炭素、水素、酸素原子から作られる欠くことのできない生体分子です。単純または複雑な構造をしており、エネルギー代謝や貯蔵に非常に重要です。
すべての炭水化物は糖であり、サッカライドとも呼ばれます。しかし、その炭水化物の長さや複雑さによって、単糖類、二糖類、多糖類に分類されます。多糖類は複合糖質とも呼ばれます。多糖類は、単純な糖の繰り返し単位から構成されるポリマーです。
最も単純な糖類のひとつがグルコースです。炭素6個、水素12個、酸素6個（C6H12O6）から構成されます。グルコースは、1つの糖単位を持つため、単糖類です。このような単純な分子であっても、個々の原子の空間的な向きによって、複数の異形（異性体）が存在します。例えば、炭素数5のヒドロキシル（-OH）基が右を向いていれば、D-グルコース、左を向いていればL-グルコースと呼びます。この2つの分子は互いに鏡像の、鏡像異性体です。
分子を環状構造で表現することをハース投影式といいます。これは、グルコース分子の原子配置に別の選択肢があることを明らかにしてくれます。これは、前もって、カルボキシル基を持っている炭素の身元を特定します（グルコースは1、フルクトースは2のように）。炭素上の水酸基が下を向いていれば「α形」、水酸基が上を向いていれば「β形」と呼ばれます。
単糖類は、炭素の数によっても分類されます。例えば、ペントースは炭素数5、ヘキソースは炭素数6です。さらに、単糖類はカルボニル基（炭素-酸素の二重結合）の配置によっても分類されます。アルドースは末端にアルデヒド基(-CH=O)を1つ持つのに対し、ケトースは分子の中央にカルボニル基を1つ持ちます。
これらの異なる分類法と命名規則は組み合わせることができます。例えば、フルクトースはケトヘキソース（炭素数5の糖）であり、カルボキシル基は分子の末端ではない炭素に位置づけられます。
二糖類は、2つの単糖類が脱水合成によって結合したものです。二糖類の代表的なものはショ糖であり、これはα-グルコースとβ-フルクトースから成ります。スクロースは一般的に身近な砂糖で、通常はサトウキビやテンサイを原料としています。
2つ以上の単糖が結合すると多糖類になります。セルロースはありふれた多糖類であり、複数のグルコース単糖から作られます。セルロースは不溶性で、植物の細胞壁や繊維の構成要素となっています。綿のTシャツは糖でできているのです！
