La vitamine D est désignée comme une vitamine liposoluble (soluble dans les graisses), bien que ce soit avant tout une hormone synthétisée dans l’organisme humain à partir d’un dérivé du cholestérol sous l’action des rayonnements UVB de la lumière. Elle existe sous deux formes : D2 (ergocalciférol) ou D3 (cholécalciférol).

La vitamine D intervient dans l’absorption du calcium et du phosphore par les intestins, ainsi que dans leur réabsorption par les reins, sous l’influence de la PTH. C’est une véritable hormone. Ses effets sont contrebalancés par la calcitonine.

D’autre part, elle influence plus de 200 gènes, ce qui explique son importance dans de nombreuses maladies non soupçonnée jusque récemment dont l’arthrite, les troubles de la peau apparentés au psoriasis, le diabète, certains cancers et même la démence.

Une quantité suffisante de vitamine D est particulièrement nécessaire durant la petite enfance afin d’éviter le rachitisme, le lait maternel en étant relativement pauvre (quand les mères ne prennent pas d’importantes quantités de vitamine D ou de soleil, qui sont encore à déterminer exactement[réf. souhaitée]). Une quantité suffisante est également nécessaire chez l’adulte afin d’éviter l’ostéomalacie, maladie fréquente et insuffisamment dépistée en Europe.

La vitamine D est nécessaire à la santé et à la robustesse du squelette humain.

Elle permet (avec la vitamine K2) l’absorption de calcium par l’intestin, la réabsorption du calcium et du phosphore par les reins et la résorption osseuse par les ostéoclastes. Il existe un délai d’action entre le moment de l’administration de vitamine D et celui où l’absorption du calcium augmente sous son effet. L’action dépend de la vitamine D disponible et de la charge calcique de l’os. Elle fixe le calcium sur l’os à dose physiologique alors qu’elle le libère à trop forte dose (hypervitaminose), provoquant une hypercalcémie.
Au cours de la croissance, son site d’action privilégié est la zone métaphysaire, où le cartilage de conjugaison se transforme en tissu osseux.
Enfin, à dose physiologique, elle diminue la calciurie (excrétion urinaire du calcium).
En pratique, chez la personne âgée, la supplémentation en vitamine D diminue sensiblement le risque de fractures (surtout hanches et vertèbres) et améliore l’équilibre et la tonicité musculaire.
Au niveau moléculaire, la vitamine D se fixe sur un récepteur nucléaire spécifique, le récepteur à la vitamine D, qui une fois activé se lie sur les séquences promotrices présentes sur l’ADN des gènes cibles, activant leur transcription, ce qui expliquerait les effets variés observés.