Karotinoīdu pigmenti ir atrodami visu veidu augos, un tie absorbē enerģiju un aizsargā pret gaismas bojājumiem fotosintēzes laikā. Sarkanā vai dzeltenā krāsā karotinoīdi ir redzami, kad ir izsmelts hlorofils, viela, kas augos un dažās baktērijās pārvērš gaismu enerģijā. Krāsas, uz kurām koku lapas mainās rudenī, ir saistītas ar karotinoīdu pigmentu iedarbību. Šiem pigmentiem ir arī antioksidanti, un karotinoīdu patēriņš var pasargāt cilvēkus un citas sugas pret sirds slimībām un vēzi.
Molekulāri lielākajai daļai šajos procesos iesaistīto karotinoīdu ir ogļūdeņraža mugurkauls. Šī mugurkaula garumā pastāv trīs līdz 15 dubultās saites, un saišu skaitam ir tieša saistība ar spektra daļu, ko karotinoīds var apstrādāt. Šīs molekulas parasti absorbē gaismu no 400 līdz 500 nanometriem (nm). Fitoēns ir pirmais veids, ko iegūst, apvienojot dažādas molekulārās sastāvdaļas, un tam ir izšķiroša nozīme citu karotinoīdu veidošanā. Pamatpigmentus var biosintezēt citos savienojumos, piemēram, beta karotīnā un likopēnā.
Karotinoīdiem ir nozīmīga aizsargājoša loma, jo tie bloķē skābekļa daļiņu un radikāļu ietekmi, kad mijiedarbojas gaisma un fotosensibilizatori, piemēram, hlorofils. Starojuma enerģiju karotinoīdu pigmenti pārnes uz atsevišķām hlorofila molekulām, savukārt liekā enerģija dažos augos un aļģēs tiek izkliedēta kā daļa no ksantofila cikla. Var regulēt arī hlorofila molekulas, kas paliek aktīvā stāvoklī. Molekulārā līmenī karotinoīdi palīdz saistīt fotosintētisko pigmentproteīnu molekulas.
Augu izcelsmes organismu patēriņš izraisa karotinoīdu pigmentu vielmaiņas apstrādi lašos, garnelēs, omāros un radījumos. Šādu zivju un vēžveidīgo krāsojums rodas no pigmentiem, kas atrodami pārtikā, ko tie ēd. Piemēram, savvaļas lasis, kas ēd garneles, ir daudz sarkanākā krāsā nekā laši, kas ražoti fermās. Dabiski novākt karotinoīdus ir grūti, taču gēnu inženierija padara perspektīvu optimistiskāku. Ķīmiski sintezētie pigmenti nedod tādu pašu rezultātu kā dabiskie pigmenti.
Augos, baktērijās, sēnēs un aļģēs pastāv dažādi karotinoīdu veidi. Fitoēns ir viens no pigmenta veidiem, ko var metabolizēt par beta karotīnu, kas kopā ar citiem savienojumiem tiek izmantots A vitamīna, kā arī tīklenes šķidruma ražošanai zīdītājiem. Fotosintēzes īpašības un ietekme uz cilvēka veselību padara karotinoīdu pigmentus par vienu no svarīgākajiem bioloģiskajiem elementiem dabā.