含多羥基的醛或酮。為自然界最多的一類有機化合物，又稱為“碳水化合物”。一般由碳、氫、氧三種元素構成，而且分子中氫與氧的原子數之比為2：1，與水(H2O) 中比例相同，所以糖類物質的分子式通式可以用Cn(H2O)n表示。此後發現許多糖類物質除碳、氫、氧氧外，還可能含有其他元素，而且，分子中氫與氧的原子數之比亦不一定是2：1。
結構 葡萄糖等是含多羥基的醛類，或稱為醛糖(圖1a)，
果糖等是含多羥基的酮類，稱為酮糖（圖1g）。葡萄糖和果糖都含有6個碳原子，稱為六碳糖，或稱己糖。自然界還存在三碳糖，或稱丙糖，如，甘油醛（圖1j）；四碳糖，或稱丁糖，如，赤蘚糖(圖1k)；五碳糖，或稱戊糖，如，核糖（圖1e）；七碳糖，或稱庚糖，如景天庚酮糖(圖1m)等。
單糖 是糖類的最小結構單位，不可能通過水解分成更小的糖分子。自然界中已發現的單糖約數百種，常見的重要單糖約20種，除上述外，還有2-脫氧核糖，阿拉伯糖，（木）糖，半乳糖，甘露糖等。
單糖分子中有不對稱碳原子，因此具有旋光性和旋光異構體。最簡單的三碳單糖──甘油醛，含有一個不對稱碳原子，存在著兩種旋光異構體。圖1j所示的鏈狀投影式結構式中，不對稱碳原子上的-OH基畫在右邊的，是D-甘油醛，在左邊的，是L-甘油醛。其他所有單糖都可以和甘油醛相比較，其與伯醇基相鄰的那個不對稱碳原子（對葡萄糖分子說來，是第5碳原子，因為醛基是第1碳原子）上的-OH基與D-甘油醛的不對稱碳原子上的-OH基在同一方向，稱為 D型糖，反之，則為L型糖。己醛糖含有四個不對稱碳原子，意味著存在有16種旋光同分異構體，D型和L型各8種。L-葡萄糖和D-葡萄糖相比，分子中第2，3，4，5碳原子上-OH基的空間構型正好相反，像鏡中的影子一樣稱為對映體。自然界中存在的大多數糖都是 D型糖，隻有極少數幾種，如，阿拉伯糖，巖澡糖（一種6-脫氧己醛糖），也可以L型糖存在。
許多單糖分子可以形成五元的呋喃型環狀結構（圖1h、i），或六元的吡喃型環狀結構（圖1b、c），在透視式環狀結構式中，各個不對稱碳原子上的-OH基，依照在鏈狀結構式中的左右位置，分別畫在環平面的上方或下方。實際上，吡喃型糖環上的5個碳原子和1個氧原子並不在一個平面上，因此有船式和椅式兩種構像，吡喃葡萄糖主要是以比較穩定的椅式構像存在。圖1d、e所示的椅式構像圖，在分子中原子和基團的對稱位置的描述上，比透視式環狀結構圖更接近於真實狀況。
在形成環狀結構時，原來鏈狀分子中的醛基或酮基與分子內另一個碳原子（就葡萄糖或果糖來講，是第5碳原子）上的羥基縮合，成為半縮醛。原來不是不對稱碳原子的醛基或酮基的碳原子，現在成瞭不對稱碳原子，這樣，因半縮醛羥基的空間構型不同，又可以形成兩種同分異構體，稱為異頭同分異構體，分別以α-和β-表示(圖1b、c、h、i)。
性質 單糖分子內的醛基或酮基易被氧化，因此單糖都具有還原性，這一性質往往被用作定性或定量測定單糖的依據。凡可以被氧化或還原，或被別的基團取代，因而生成糖的衍生物，一般仍歸入為糖類物質，如，D-葡萄糖醛酸（圖2a），N-乙酰-D-氨基半乳糖（圖2b），唾液酸（這是一族化合物的總稱，圖2c所示為其中一個成員，N-乙酰-D-神經氨酸）。單糖的半縮醛羥基被另一個基團所取代，從而生成的新的化合物，統稱為糖苷。所以，一個典型的糖苷，是由糖基和糖苷配基（亦稱配糖體，圖3a中之 R）通過糖苷鍵相聯而組成。天然糖苷中的糖苷配基有醇類、醛類、固醇和嘌呤等。很多糖苷來源於植物，它們大多數具有毒性，其中一部份可作為藥物。例如：皂角苷能引起溶血，毛地黃苷有強心劑作用，根皮苷能使葡萄糖隨尿排出，還有苦杏仁苷等。
寡糖和多糖 如果糖苷配基也是一個單糖分子，這就是雙糖，兩個以上糖基，通過糖苷基相聯，構成寡糖（一般由2～6個糖基組成）或多糖（一般由6個以上糖基組成）。寡糖或多糖在酸或酶的催化下，可以水解成組成它們的小分子寡糖和單糖。完全水解後，產物中隻含一種單糖分子的多糖稱同多糖，產物中含多種單糖分子的多糖稱雜多糖。寡糖或多糖分子，有直鏈的，也有分枝的。
重要的寡糖有：蔗糖（圖3c）、麥芽糖(圖3b)、乳糖、纖維二糖、海藻糖、棉子糖等。重要的多糖有：淀粉、糖原、纖維素、瓊脂、果膠等。
分佈 自然界的糖類物質主要由綠色植物通過光合作用合成。估計地球每年由植物光合作用生成的纖維素和淀粉總數達4×1011噸。糖類物質在各種動、植物和微生物中普遍存在，分佈極廣。其中，分佈最廣的是葡萄糖，存在於絕大多數生物種群中。半乳糖、甘露糖、核糖、脫氧核糖，分佈也很廣泛。一些寡糖和多糖的結構和分佈，則帶有某種程度的種族特異性。例如，纖維素主要存在於植物和真菌的細胞壁中，動物則無纖維素。
功能 為生命活動提供能量。很大一部分生物類群(包括綠色植物在內)具有分解葡萄糖，從中取得能量供生命活動之需的能力。葡萄糖分解所釋放出的能量，通常貯存於腺苷三磷酸(ATP)分子裡的高能磷酸鍵中，ATP所貯存的化學能可用於合成生物體所需要的大分子化合物，肌肉運動，腦細胞思維活動，螢火蟲發光等各種形式的生命活動。一些微生物還具有分解葡萄糖以外的糖類物質以取得能量供生命活動使用的能力。
糖類物質對生物體還有支持保護作用。如纖維素是植物細胞壁的主要成份，在大多數植物體中起支持作用。幾丁質是乙酰氨基葡萄糖組成的多糖，它構成昆蟲類和甲殼類動物的外殼，起著機械保護作用。在哺乳類、鳥類等動物體內，一些糖和蛋白結合的物質，具有潤滑關節，防護粘膜等功能。
近年又發現糖類物質有信息傳遞的功能。這類糖分子多系存在於細胞表面或體液中的復合糖化合物：如由糖鏈和肽鏈結合而成的糖蛋白、蛋白聚糖或肽聚糖，由糖鏈和脂類物質結合而成的糖脂或脂多糖等。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂這三類物質統稱糖復合物，其糖鏈部分，在識別和信息傳遞過程中起關鍵作用。
應用 人類食物中50～80％的熱量來源於淀粉類糧食。棉花、麻類等纖維構成人類衣著的主要原料。造紙工業，制糖工業，發酵工業，食品工業等，都以糖類物質為原料。許多糖類化合物或其衍生物，還是重要的醫藥產品，如：葡萄糖液，鏈黴素等一部分抗菌素，以及毛地黃苷等糖苷類物質等。