Vitamīni ir viena no svarīgākajām uzturvielām cilvēka ķermeņa pareizai darbībai. Lai gan vitamīni nesniedz enerģiju kā ogļhidrāti vai nedarbojas kā audu augšanas celtniecības bloki, piemēram, olbaltumvielas, tie palīdz sintezēt un transportēt barības vielas visā ķermenī, kā arī uzturēt sistēmas līdzsvaru. Nepietiekama vitamīnu uzņemšana var izraisīt slimības; Saikne starp vitamīniem un deficīta slimībām ir labi zināma tādos apstākļos kā rahīts, beriberi, skorbuts un kaitīga anēmija. Piemēram, pārāk maza C vitamīna uzņemšana var izraisīt skorbutu. Sabalansēts uzturs ar augļiem un dārzeņiem palīdz nodrošināt pietiekamu vitamīnu uzņemšanu.
Rahīts ir slimība, ko galvenokārt izraisa pietiekama D vitamīna trūkums, un tās simptomi ir vāji kauli, aizkavēta skeleta attīstība un biežas muskuļu krampji. Vitamīnu saistību ar deficīta slimībām var redzēt, ja organisms nesaņem pietiekami daudz D vitamīna no saules gaismas, kalcija vai fosfātiem. Šīs vielas darbojas arī kā elektrolīti jeb savienojumi, kas caur nervu sistēmu nodod elektriskos impulsus. Kad organisms nesaņem kalciju ar pārtiku, tas smeļas no skeleta sistēmas. Kalcijs un fosfors, kas nodrošina D vitamīnu, ir atrodami pienā un lapu dārzeņos, vai arī var lietot vitamīnu piedevas.
Beriberi arī demonstrē saistību starp vitamīniem un deficīta slimībām. Tiamīns jeb B1 vitamīns ir svarīga viela glikozes un citu enerģijas molekulu sadalīšanā. Tas darbojas arī kā nervu impulsu vadītājs, padarot nervu receptorus aktīvākus. Ja nepietiek B1, var rasties tādi simptomi kā letarģija, neskaidra runa, ātra sirdsdarbība un muskuļu koordinācijas trūkums. Sausais beriberi ietekmē nervu sistēmu, bet mitrais – sirds un asinsvadu sistēmu.
Izpētes laikmetā, 15. līdz 17. gadsimta sākumā, skorbuts bija izplatīta jūrnieku slimība, jo viņu uzturā trūka C vitamīna. Skorbuts ir rezultāts tam, ka organisms neuzsūc dzelzi, neražo pietiekami daudz kolagēna, lai saglabātu audu elastību, un tādējādi neuztur imūnsistēmu. Sākotnējie simptomi ir slikta apetīte, caureja un svara zudums; Slimībai progresējot, rodas smaganu un citu gļotādu asiņošana, zobu bojājums, ādas bojājumi un skrimšļa un saistaudu infekcija. Vēsturiski skorbuts visbiežāk bija letāls, kad jūrniekiem nebija pieejami citrusaugļi, jo tie nodrošināja visvairāk C vitamīna.
Saikne starp vitamīniem un deficīta slimībām ietver arī kaitīgo anēmiju, kas rodas, samazinoties sarkano asins šūnu skaitam organismā. Tas notiek, ja organismā nav pietiekami daudz kombalamīna jeb B12 vitamīna. B12 vitamīns parasti apvienojas ar proteīnu, ko sauc par iekšējo faktoru, kas izdalās kuņģī. Kad kombinētais B12 un iekšējais faktors sasniedz tievo zarnu, viela uzsūcas un pārvēršas par sarkanajām asins šūnām.