Vitaminai yra viena iš svarbiausių maistinių medžiagų tinkamam žmogaus kūno funkcionavimui. Nors vitaminai nesuteikia energijos, kaip angliavandeniai, arba neveikia kaip audinių augimo statybinės medžiagos, pavyzdžiui, baltymai, jie padeda sintetinti ir pernešti maistines medžiagas visame kūne, taip pat palaikyti sistemų pusiausvyrą. Nepakankamas vitaminų kiekis gali sukelti ligas; Ryšys tarp vitaminų ir trūkumo ligų yra gerai žinomas sergant tokiomis ligomis kaip rachitas, avitaminozė, skorbutas ir žalinga anemija. Pavyzdžiui, suvartojus per mažai vitamino C, gali išsivystyti skorbutas. Subalansuota mityba su vaisiais ir daržovėmis padeda užtikrinti pakankamą vitaminų kiekį.
Rachitas yra liga, kurią pirmiausia sukelia tinkamo vitamino D trūkumas, o jos simptomai yra silpni kaulai, sulėtėjęs skeleto vystymasis ir dažni raumenų mėšlungiai. Ryšys tarp vitaminų ir trūkumo ligų gali būti matomas, kai organizmas negauna pakankamai vitamino D iš saulės spindulių, kalcio ar fosfatų. Šios medžiagos taip pat veikia kaip elektrolitai arba junginiai, perduodantys elektros impulsus per nervų sistemą. Kai organizmas negauna kalcio su maistu, jis semiasi iš kaulų sistemos. Kalcio ir fosforo, kurie suteikia vitamino D, galima rasti piene ir lapinėse daržovėse arba galima vartoti vitaminų papildus.
Beriberi taip pat parodo ryšį tarp vitaminų ir trūkumo ligų. Tiaminas arba vitaminas B1 yra svarbi medžiaga skaidant gliukozę ir kitas energijos molekules. Jis taip pat veikia kaip nervinių impulsų laidininkas, suaktyvindamas nervinius receptorius. Be pakankamo B1 kiekio gali pasireikšti tokie simptomai kaip vangumas, neaiški kalba, greitas širdies plakimas ir raumenų koordinacijos stoka. Sausas avitaminozė veikia nervų sistemą, o šlapias – širdies ir kraujagyslių sistemą.
Tyrinėjimų amžiuje, XV–XVII amžiaus pradžioje, skorbutas buvo dažna jūreivių liga, nes jų mityboje trūko vitamino C. Skorbutas yra rezultatas, kai organizmas nepasisavina geležies, negamina pakankamai kolageno, kad išlaikytų audinių elastingumą, taigi nepalaiko imuninės sistemos. Pirmieji simptomai yra blogas apetitas, viduriavimas ir svorio kritimas; Progresuojant ligai, atsiranda kraujavimas iš dantenų ir kitų gleivinių, ėduonies, odos sutrikimų, kremzlių ir jungiamojo audinio infekcija. Istoriškai skorbutas dažniausiai buvo mirtinas, kai jūreiviai neturėjo galimybės gauti citrusinių vaisių, nes juose buvo daugiausia vitamino C.
Ryšys tarp vitaminų ir trūkumo ligų taip pat apima žalingą anemiją, kuri atsiranda, kai organizme sumažėja raudonųjų kraujo kūnelių skaičius. Taip atsitinka, kai organizme nėra pakankamai kombalamino arba vitamino B12. Vitaminas B12 paprastai jungiasi su baltymu, vadinamu vidiniu faktoriumi, kuris išskiriamas skrandyje. Kai bendras B12 ir vidinis faktorius pasiekia plonąją žarną, medžiaga absorbuojama ir paverčiama raudonaisiais kraujo kūneliais.