Vitamin dan mineral merupakan zat gizi yang dibutuhkan tubuh dalam jumlah kecil, tetapi berperan penting dalam metabolisme, pertumbuhan, pemeliharaan jaringan, dan kesehatan. Radikal bebas adalah molekul dengan elektron tidak berpasangan yang sangat reaktif dan dapat merusak biomolekul, sel, serta jaringan. Antioksidan seperti vitamin C, vitamin E, asam urat, dan polifenol membantu menjaga keseimbangan antara prooksidan dan antioksidan serta membatasi kerusakan oksidatif.
Vitamin dibagi menjadi vitamin larut lemak dan larut air. Vitamin A, D, E, dan K larut dalam lemak, diserap bersama lipid, dapat disimpan di dalam tubuh, dan lebih berisiko menyebabkan toksisitas jika dikonsumsi berlebihan. Vitamin B kompleks dan vitamin C larut dalam air, umumnya tidak banyak disimpan, lebih mudah dikeluarkan melalui urine, sehingga asupannya perlu dipenuhi secara teratur.
Vitamin A berperan dalam penglihatan, transkripsi gen, diferensiasi sel, imunitas, reproduksi, pembentukan tulang, hematopoiesis, dan kesehatan kulit. Vitamin ini membentuk rodopsin untuk penglihatan malam serta berperan dalam pemeliharaan jaringan epitel. Kekurangan vitamin A dapat menyebabkan rabun senja, xerophthalmia, gangguan imunitas, dan kebutaan, sedangkan kelebihan vitamin A dapat menyebabkan sakit kepala, muntah, gangguan kesadaran, kerusakan tulang, dan risiko gangguan perkembangan janin.
Vitamin D dibentuk dari prekursor di kulit melalui paparan sinar ultraviolet, kemudian diaktifkan di hati dan ginjal menjadi bentuk yang mengatur metabolisme kalsium dan fosfat. Vitamin D penting untuk mineralisasi tulang, fungsi neuromuskular, dan mendukung sistem imun, sedangkan kekurangannya dapat menyebabkan rakitis pada anak dan osteomalasia pada orang dewasa. Vitamin E berfungsi sebagai antioksidan yang melindungi membran dari radikal bebas, sementara vitamin K diperlukan untuk aktivasi faktor pembekuan darah dan mineralisasi tulang.
Vitamin B1 atau tiamin, dalam bentuk tiamin pirofosfat, berperan dalam metabolisme energi dan oksidasi asam keto. Kekurangannya dapat menyebabkan beri-beri, kelemahan otot, gangguan saraf, dan gangguan kardiovaskular. Vitamin B2 membentuk koenzim FMN dan FAD untuk reaksi oksidasi-reduksi, sedangkan vitamin B3 atau niasin merupakan bagian dari NAD dan NADP serta berperan dalam metabolisme karbohidrat, lemak, dan asam amino; kekurangannya dapat menyebabkan pellagra dengan gejala diare, dermatitis, demensia, dan pada kondisi berat kematian.
Vitamin B5 merupakan bagian dari koenzim A yang diperlukan untuk pembentukan asam lemak, kolesterol, asam keto, dan berbagai reaksi asetilasi. Vitamin B6 berperan dalam metabolisme protein, pembentukan hemoglobin, fungsi saraf dan imun, serta pengubahan triptofan menjadi niasin, sedangkan biotin menjadi kofaktor berbagai enzim karboksilase. Folat diperlukan untuk transfer satu karbon dan sintesis nukleotida, sementara vitamin B12 penting untuk pematangan eritrosit, sintesis mielin, pembentukan DNA, serta metabolisme homosistein dan metilmalonil-KoA; vitamin C berfungsi sebagai antioksidan, membantu sintesis kolagen, mendukung imunitas, dan mencegah skorbut.
Mineral memerlukan protein pembawa untuk transportasi dan penyimpanan di dalam tubuh. Natrium merupakan kation utama cairan ekstraseluler yang mengatur keseimbangan air, tekanan osmotik, dan potensial saraf, sedangkan kalium merupakan kation utama cairan intraseluler yang penting untuk kontraksi otot dan fungsi jantung. Gangguan natrium dapat berkaitan dengan dehidrasi atau kelebihan air, sementara gangguan kalium dapat menyebabkan perubahan fungsi neuromuskular dan kelainan elektrokardiografi yang berbahaya.
Kalsium terutama tersimpan di tulang dan gigi, tetapi juga berperan dalam penghantaran saraf, kontraksi otot, pembekuan darah, pensinyalan sel, dan kerja enzim. Fosfor merupakan bagian dari asam nukleat, fosfolipid, molekul energi, dan hidroksiapatit tulang, sedangkan magnesium berperan sebagai kofaktor lebih dari 300 enzim, termasuk enzim yang menggunakan ATP, serta mengatur saluran ion dan fungsi neuromuskular. Mineral jejak seperti tembaga, besi, molibdenum, selenium, mangan, seng, kromium, yodium, dan fluor juga memiliki fungsi khusus dalam transportasi oksigen, kerja enzim, pertahanan antioksidan, metabolisme glukosa, hormon tiroid, imunitas, serta kesehatan tulang dan gigi.