На основании химического строения витамины объединены в четыре группы.

1. Алифатические:
а) производные лактонов ненасыщенных полиоксикарбоновых кислот (аскорбиновая кислота - витамин С);
б) алифатические ненасыщенные кислоты (высоконепредельные жирные кислоты по типу линолевой и линоленовой - витамин F).
2. Алициклические:
а) ретинолы (циклогексеновые соединения - витамина A,  или каротиноиды).
3. Ароматические:
а) нафтохиноны (витамин K1 - филлохинон, витамин К2 - фарнахинон).
4. Гетероциклические:
а) хромановые (токоферолы - витамин Е);
б) фенилахромановые (биофлавоноиды - витамин Р);
в) пиридинкарбоновые (никотиновая кислота - витамин РР);
г) пиридоксиновые (пиридоксин - витамин В6);
д) пиримидинотиазовые (тиамин - витамин B1);
е) птериновые (фолиевая кислота - витамин В9);
ж) изоаллоксазиновые (рибофлавин - витамин В2);
з) кобаламиновые (цианокобаламин - витамин B12)

До выяснения строения витамины называли буквами латинского алфавита по мере их открытия: А, В, С, D и др. Встречаются названия витаминов, образованные от первых букв лечебного действия или заболевания. Например, название витамина Р происходит от "permeare" - проникать, так как он уменьшает проницаемость сосудов. Витамин РР назван первыми буквами заболевания "pellagra preventiva". В ГФ XI для витаминов приняты рациональные названия, основанные на их химическом строении. Витамин А - ретинол, витамин К - филлохинон, витамин В2 - рибофлавин, витамин РР - никотиновая кислота и т.д. Химические особенности витаминов изучаются органической и фармацевтической химией.