以前所有分子式可寫成Cx(H2O)x的化學物質皆被稱為“碳水化合物”，根據這個定義，有些科學家認為甲醛（CH2O）為最簡單的糖類，但是也有其他人認為是乙醇醛（C2H4O2）。但是除了碳數不為一和二的糖類皆被生物化學理解。
自然界的糖類通常都由一種簡單的碳水化合物：單糖所構成，通式為（CH2O）n，(n≥3)。一個典型的單糖具有H-(CHOH)x(C=O)-(CHOH)y-H結構，也就是多羥基醛或多羥基酮。像：葡萄糖、果糖、甘油醛皆是單糖。然而有些生物物質像糖醛酸和脫氧糖就不符合此通式，另外還有許多物質的分子式符合這個通式但它并不是糖類（如：甲醛（CH2O）和肌醇（CH2O）6）。
直鏈形式的單糖通常與關環形式的單糖同時存在，這種環狀分子是由醛/酮上的羰基（C=O）與羥基（-OH）反應形成半縮醛，并形成一個新的C-O-C鍵橋。單糖可以各種方式互相連接在一起形成多糖（或寡糖，又稱低聚糖）。許多糖類含有一個或多個修飾的單糖單元，這種修飾方法可以是一個或多個基團被取代或移除。例如，DNA的一個組分脫氧核糖，就是被核糖所修飾的糖；幾丁質是一種被重復的N-乙酰氨基葡萄糖（一種含氮原子的葡萄糖）片段所組成的糖類。[1]
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