Kohlenhydrate haben zwei Hauptfunktionen: Energiespeicherung und Strukturierung. Zucker sind Kohlenhydrate, aber nicht alle Kohlenhydrate sind Zucker (z. B. Ballaststoffe). Es gibt mehr Kohlenhydrate auf der Erde als alle anderen bekannten Arten von Biomolekülen. Sie speichern Energie und genetische Informationen und spielen eine wichtige Rolle bei der Interaktion und Kommunikation zwischen den Zellen.

Die einfachste Art von Kohlenhydraten ist ein Monosaccharid, das Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthält, meist im Verhältnis 1:2:1 (verallgemeinerte Formel C_nH_2nO_n, wobei n mindestens 3 ist). Eines der wichtigsten Kohlenhydrate ist Glukose (C₆H₁₂O₆); andere umfassen Fruktose (C₆H₁₂O₆), den Zucker, der normalerweise mit dem süßen Geschmack von Früchten verbunden ist, und Desoxyribose (C₅H₁₀O₄), einen Bestandteil der DNA.

Wenn sich zwei Monosaccharide durch eine glykosidische oder Etherbindung verbinden, wird Disaccharid durch eine Dehydratisierungsreaktion gebildet, bei der ein Wassermolekül freigesetzt wird. Die entgegensetzte Reaktion, bei der die glykosidische Bindung eines Disaccharids in zwei Monosaccharide aufgebrochen wird, wird als Hydrolyse bezeichnet. Das bekannteste Disaccharid ist Saccharose oder gewöhnlicher Zucker, der aus einem Glukosemolekül und einem Fruktosemolekül besteht, die miteinander verbunden sind. Ein weiteres wichtiges Disaccharid ist Laktose (in Milch enthalten), die aus einem Glukosemolekül und einem Galaktosemolekül besteht. Laktose kann durch Laktase hydrolysiert werden, und eine Mangel an diesem Enzym kann eine Laktoseintoleranz verursachen.

Wenn einige wenige (etwa drei bis sechs) Monosaccharide verbunden sind, spricht man von einem Oligosaccharid (oligos bedeutet „wenig“). Diese Moleküle werden als Marker und Signale verwendet. Viele miteinander verbundene Monosaccharide bilden ein Polysaccharid. Sie können zu einer langen linearen Kette zusammengefügt oder verzweigt sein. Zwei der häufigsten Polysaccharide sind Cellulose und Glykogen (beide bestehen aus sich wiederholenden Glukosemonomeren). Cellulose ist ein wichtiger Bestandteil der Zellwände von Pflanzen und Glykogen wird bei Tieren als Energiespeicher verwendet.