一、能量
一切生物都需要能量來維持生命活動，人類為了維持生命、生長、發育、繁衍和從事各種活動，每天必須從外界攝取一定的物質和能量。
（一）能量來源
人體所食用的食物中所含的營養素隻有碳水化合物、脂肪、蛋白質能夠在體內產生能量，營養學上將這三種營養素稱為“產能營養素”。另外，酒中的乙醇也能提供較高的熱能。通過特殊測量裝置已經知道每克碳水化合物、脂肪、蛋白質的能值分別為：17.15kJ（4.1kcal）、39.54kJ（9.45kcal）、23.64kJ（5.65kcal）。當然由於三大產能物質在體內不能被完全吸收，其消化率分別為98%、95%和92%，因此，常常應用生理能值，三大產能營養素的生理能值分別確定為：
碳水化合物17.15kJ×0.98（消化率98%）=16.8kJ/g（4kcal/g）
脂肪39.54kJ×0.95（消化率95%）=37.6kJ/g（9kcal/g）
蛋白質（23.64-5.44）kJ×0.92（消化率92%）=16.7kJ/g（4kcal/g）
（二）人體能量需要
人體能量的需要量應與人體能量的消耗量相一致，即攝入量等於消耗量。人體中能量的消耗主要由三方麵構成，即基礎代謝消耗、體力活動消耗、食物特殊動力作用的消耗；對於嬰幼兒、兒童、孕婦、乳母，能量的消耗還應包括機體生長、乳汁分泌等特殊生理活動所消耗的能量。中國居民膳食能量推薦攝入量可參考《中國居民膳食營養素參考攝入量》，其中列明了不同人群的能量需求，後文中的各營養素的推薦攝入量均可以參照此書。
如果人體處在饑餓狀態導致能量攝入不足，機體會動用自身能量儲備甚至消耗自身組織以滿足生命活動對能量的需要，最終出現生長發育緩慢、消瘦、體力和抵抗力下降，甚至生命活動停止導致死亡。反之，若能量攝入過剩，則過多的能量就會以脂肪形式儲存於體內而發生不正常的脂肪積累，不僅引起肥胖性疾病，也成為心血管疾病、糖尿病、一些癌症、退行性疾病的易發因素。因此，合理攝入能量，讓能量的供需平衡是營養學最基本的問題，也可避免因能量不足或過剩引發疾病發生。
二、碳水化合物的功能與安全
人體能量的60％～70％來自於碳水化合物。食物中的碳水化合物以多種形式存在，粗略可分為多糖、寡糖、雙糖、單糖，而多糖又可以分為可利用與不可利用多糖。
（一）碳水化合物的主要生理功能
（1）提供能量膳食中的碳水化合物是人類最經濟最主要的能源，凡是能被人體利用的碳水化合物均能經消化係統轉化為葡萄糖，進入細胞後可進一步分解並產生能量。
（2）構成機體組織碳水化合物參與機體、細胞的多種活動，糖脂是細胞膜、神經組織的重要成分，糖蛋白是抗體、酶、激素的組成成分，核糖與脫氧核糖是生物體內重要的遺傳物質DNA和RNA的成分。
（3）參與營養素代謝碳水化合物在人體的代謝並不是獨立的，而是同脂肪、蛋白質共同通過三羧酸循環進行氧化，分解放出能量。脂肪代謝產物乙酰輔酶A必須與糖代謝中間產物草酰乙酸結合才能徹底氧化，否則代謝就不完全，形成丙酮、β-羥丁酸和乙酰乙酸（稱為“酮體”），足量的碳水化合物具有維持脂肪代謝正常、抗生酮的作用。當蛋白質與碳水化合物一起被攝入時，氮在體內的貯留量比單獨攝入蛋白質時要多。當熱量不足時，增加碳水化合物的供給量，可使血中氨基酸水平降低，對其他組織的供應和尿氮的排出都減少，以保留氮重新被利用，因此碳水化合物對蛋白質的代謝也有影響，具有節省蛋白質的功能。
（4）解毒作用機體肝髒中的葡萄糖醛酸對有害物質有解毒作用。
除以上功能，碳水化合物還可和其他物質形成黏多糖、糖蛋白、糖苷脂等生理上極為重要的物質，參與生命的新陳代謝，膳食纖維也有著特定的功能。
（二）適宜攝入量
營養學者主張，中國居民膳食中碳水化合物應提供55%～65%的膳食總能量，注意限製純熱能食物如糖的攝入量。已證明膳食中碳水化合物占總熱能大於80%和小於40%是不利於人體健康的兩個極端。
三、脂質的生理功能與安全
脂質也是人體需要的重要營養素，其種類繁多，與營養關係密切的是脂肪、磷脂、膽固醇。主要食物來源為食用油脂、堅果類等。嬰幼兒膳食中脂肪所占比例要相對成人高一些。
（一）脂類的生理功能
（1）供給能量脂肪是生物體能量貯存最緊湊的形式，是能量最高的營養素。
（2）構成生物膜和機體成分磷脂和膽固醇是構成細胞膜的成分，腦髓及神經組織含有磷脂，一些固醇則是製造體內固醇類激素（比如腎上腺皮質激素、性激素和維生素D3等）的必需物質。
（3）供給人體必需脂肪酸人體所需的必需脂肪酸是靠食物脂肪來提供的。必需脂肪酸是所有細胞結構，尤其是線粒體的重要組成部分。如果缺乏，往往會使線粒體結構產生變異，進而使代謝紊亂，皮膚產生炎症，微血管的通透性不正常等。
（4）提供脂溶性維生素並促進其吸收和利用脂肪是維生素A、維生素D、維生素E、維生素K的良好溶劑，這些維生素隨脂肪的吸收同時被吸收，當食物中脂肪缺乏或對脂肪的吸收發生障礙時，體內脂溶性維生素也會缺乏。
（5）調節體溫和保護內髒器官人體吸收的脂肪，在體內消耗剩餘時可形成皮下脂肪。皮下脂肪具有防止熱量散失的作用，各器官間隙中的脂肪具有緩衝震動和機械損傷的作用。
（二）脂肪與疾病
（1）脂肪缺乏則影響細胞膜的組成，影響脂溶性維生素吸收，從而影響機體免疫能力。
（2）脂肪攝入過量特別是飽和脂肪酸攝入過高，導致血膽固醇、甘油三酯和低密度脂肪蛋白升高，動脈粥樣硬化形成，增加心血管疾病的危險；調查資料表明，高脂膳食中的某些脂肪與乳腺癌、直腸癌呈正相關。肥胖也使甘油三酯在脂肪組織中積累過多，是導致冠心病、糖尿病、腦猝中的潛在因素。
（3）關於反式脂肪酸的問題反式脂肪酸主要有三種來源：一是氫化植物油，多用於油炸食品，也存在於一些小食品之中。二是牛、羊等反芻動物的肉和奶，反式脂肪酸含量占總脂肪酸量的4％～11％，牛奶、羊奶中的含量占總脂肪酸的3％～5％。三是溫度過高的油，精煉油及烹調油加熱溫度過高時，部分順式脂肪酸會轉變為反式脂肪酸。
反式脂肪酸對人體健康的影響：降低記憶力、容易發胖、易引發冠心病。法國國家健康與醫學研究所的一項最新研究成果表明，反式脂肪酸能使有效防止心髒病及其他心血管疾病的膽固醇（HDL）的含量下降。容易形成血栓，反式脂肪酸會增加人體血液的黏稠度和凝聚力，容易導致血栓的形成，對於血管壁脆弱的老年人來說，危害尤為嚴重。懷孕期或哺乳期的婦女，過多攝入含有反式脂肪酸的食物會影響胎兒的健康。影響男性生育能力，反式脂肪酸會減少男性激素的分泌，影響生長發育期的青少年對必需脂肪酸的吸收。反式脂肪酸還會對青少年中樞神經係統的生長發育造成不良影響。
四、蛋白質的生理功能與安全
蛋白質是生命存在的形式，是生命的物質基礎。複雜的生命活動需要千萬種具有獨特功能的蛋白質的配合與執行才能完成。機體攝取足夠的蛋白質時，全身的細胞才能維持正常的機能，並保證健康。蛋白質的主要食物來源：肉、魚、豆、蛋、奶等。
（一）蛋白質的生理功能
1.是生長、更新和修補組織的材料
成年人體內蛋白質含量約為16％，是皮膚、內髒、肌肉、骨骼、指甲、頭發、腦的基本成分。生長、發育需要蛋白質組成新的細胞組織，膠原蛋白和彈性蛋白等構成骨骼、肌腱和結締組織的支架；蛋白質進行修補和更新機體組織。特別是在感染、外傷、手術等情況下，體內排出氮量會增加，充足的蛋白質的修補功能更加明顯。如蛋白質供應不足，直接影響兒童的生長發育；成年人體質會下降，患病率增高；傷口愈合緩慢，病程遷延、惡化，影響康複。
2.供給必需氨基酸
氨基酸是構成蛋白質的基本單位。人體內各種不同類別的蛋白質，都是由20多種氨基酸組成。膳食中蛋白質經消化、分解成氨基酸被人體吸收利用。各種氨基酸對於人體都是必不可少的。人體有8種氨基酸不能合成或合成速度遠不能適應人體的需要，被稱為必需氨基酸。這些氨基酸是異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蘇氨酸、纈氨酸。對於嬰幼兒，必需氨基酸還包括組氨酸。而必需氨基酸對人體有著重要意義。
3.酶、激素、部分維生素的合成中起重要作用
酶是生物催化劑，其化學本質是蛋白質，如澱粉酶、胃蛋白酶等。含氮激素的成分中也有蛋白質或其衍生物，如生長激素、胰島素等。煙酸可由色氨酸轉化，在調節生理機能、催化代謝過程中起著十分重要的作用。
4.供給熱能
人體每日所需熱能10％～15％來自蛋白質。
5.增強免疫力
構成白細胞和抗體、補體需要有充分的蛋白質。人體中吞噬細胞來自骨髓、脾、肝、淋巴組織，長期缺乏蛋白質，這些組織顯著萎縮，失去製造白細胞和抗體的能力，機體抗病能力下降。能抑製病毒有一定抗癌作用的幹擾素，也是糖與蛋白質的複合物。
6.維護神經係統的正常功能
氨基酸的衍生物是神經傳導中的重要遞質，蛋白質質量的改變可明顯地影響大腦皮層的興奮與抑製過程。合理的蛋白質攝入能維護大腦興奮與抑製過程的平衡。蛋白質營養對嬰幼兒的生長發育、智力發育更為重要。蛋白質缺乏，腦細胞就會減少，智力發育將受到抑製和損害。
7.遺傳信息的控製
遺傳物質主要是含有脫氧核糖核酸的核蛋白。遺傳信息的表達受蛋白質和其他因素的製約。
8.維持毛細血管的正常滲透壓，維持血液的酸堿平衡
血漿膠體滲透壓是由其所含蛋白質（特別是白蛋白）的濃度所決定的。缺乏蛋白質，血漿中蛋白質含量減少，血漿膠體滲透壓就會降低，組織間隙水分瀦留過多，出現水腫。蛋白質與其他緩衝質（碳酸鹽、磷酸鹽等）維持血液酸堿平衡。
此外，蛋白質還有運輸、參與凝血等功能。
（二）蛋白質推薦攝入量與安全問題
蛋白質推薦攝入量可詳見《中國居民膳食營養素參考攝入量》。
（1）缺乏蛋白質缺乏會導致人體免疫力下降、傷口久不愈合、惡性黏液狀水腫等。蛋白質缺乏往往與能量缺乏共同存在，兒童會表現出生長發育遲緩、體重減輕、淡漠、貧血、易激怒以及幹瘦或水腫。“毒奶粉”事件其中問題之一是奶粉中蛋白質嚴重缺少甚至沒有，而以奶粉為唯一食物的幼童則會出現危及生命問題。缺乏蛋白質對生命體來說是致命的。如果機體丟失體內蛋白質達到20%以上，生命活動就會被迫停止運行。
（2）過量理論上講，無論是成人還是兒童體內蛋白質一直處於過高水平會增加腎髒負荷。目前沒有足夠的依據設定成年人可耐受最高限攝入量（UL），但蛋白質過多攝入會造成膳食營養不平衡影響人類壽命，也會增加疾病的危險性，濃縮大豆蛋白和分離大豆蛋白中蛋白質含量可達到95%，0.5kg相當於推薦量的8倍,若以它代替主食大米,短期每日進食會出現不耐受反應。
五、維生素的生理功能與安全
維生素為機體必需的有機化合物，屬於微量營養素，但由於機體需要而自身代謝又不能產生，所以需由食物提供。維生素在維護人體健康、促進生長發育和調節生理功能方麵有重要意義。維生素可以按其溶解性分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。
脂溶性維生素包括維生素A、維生素D、維生素E和維生素K。其共同特點：化學組成隻含C、H、O；溶於脂肪及脂溶劑不溶於水；食物中與脂類共存；在腸道吸收時與脂肪經淋巴係統吸收；攝入人體後大部分貯存於脂肪組織中；不能從尿液中排出，因此大劑量攝入會引起中毒。
水溶性維生素包括B族維生素和維生素C。B族維生素包括維生素B1（硫胺素）、維生素B2（核黃素）、維生素PP（煙酸）、維生素B6（吡醇素）、維生素B12（鈷胺素）、葉酸、泛酸、生物素，其共同特點：化學組成除含C、H、O外還有N、S、Co等；溶於水不溶於脂肪及脂溶劑；在滿足機體需要後多餘的部分由尿液排出；大多數以輔酶或輔基形式參與機體新陳代謝的酶促反應體係；缺乏症狀出現較快；營養狀況大多可通過血和（或）尿進行評價。