脂肪酸有多種分類形式，分別分類如下。
根據碳鏈長度的不同分類
可分為：短鏈脂肪酸、中鏈脂肪酸和長鏈脂肪酸。
脂肪酸根據碳鏈長度的不同又可將其分為 ：
短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA），其碳鏈上的碳原子數小于6，也稱作揮發性脂肪酸（volatile fatty acids，VFA）；
中鏈脂肪酸（Midchain fatty acids，MCFA），指碳鏈上碳原子數為6-12的脂肪酸，主要成分是辛酸（C8）和癸酸（C10）；
長鏈脂肪酸（Longchain fatty acids，LCFA），其碳鏈上碳原子數大于12。一般食物所含的大多是長鏈脂肪酸。
根據碳氫鏈飽和與不飽和分類
脂肪酸根據碳氫鏈飽和與不飽和的不同可分為3類 ，即：
飽和脂肪酸（Saturated fatty acids，SFA），碳氫上沒有不飽和鍵；
單不飽和脂肪酸（Monounsaturated fatty acids，MUFA），其碳氫鏈有一個不飽和鍵；
多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids，PUFA），其碳氫鏈有二個或二個以上不飽和鍵。
（1）飽和脂肪酸碳氫鏈上沒有不飽和鍵，一般從C4到C38。從4個碳至24個碳原子的脂肪酸常存在于油脂中，而24個碳原子以上的則存在于蠟中。根據分子中碳原子數的多少可分為低級飽和脂肪酸（碳原子數≤10，常溫下為液態）和高級飽和脂肪酸（碳原子數>10，常溫下為固態）。動植物油脂中最常見的飽和脂肪酸有丁酸、己酸、辛酸、癸酸和高級飽和脂肪酸如十六酸（軟脂酸）與十八酸（硬脂酸），其次為十二酸（月桂酸）、十四酸（豆蔻酸）和二十酸（花生酸）等。
（2）不飽和脂肪酸分子中含有一個或一個以上不飽和鍵的脂肪酸都稱為不飽和脂肪酸。
不飽和脂肪酸通常呈液態，大多為植物油，如花生油、玉米油、豆油、堅果油（即阿甘油）、菜籽油等。根據不飽和鍵的多少又可分為單不飽和脂肪酸（有一個不飽和鍵，如豆蔻油酸、棕櫚油酸、菜籽油酸）和多不飽和脂肪酸（有兩個或兩個以上不飽和鍵，如亞油酸、亞麻酸）。不飽和脂肪酸以亞麻酸、亞油酸、油酸最為常見。
根據能夠滿足機體需要的程度分類
（1）必需脂肪酸
動物能合成所需的飽和脂肪酸和油酸這類只含1個雙鍵的不飽和脂肪酸，含有2個或2個以上雙鍵的多雙鍵脂肪酸則必須從植物中獲取，故后者稱為必需脂肪酸，其中亞麻酸和亞油酸最重要。花生四烯酸從亞油酸生成。花生四烯酸是大多數前列腺素的前體，前列腺素是能調節細胞功能的激素樣物質。
必需脂肪酸的最好來源是植物油，但在菜籽油和茶油中較其他植物油少。動物油脂中含量一般比植物油低，但相對來說，豬油比牛、羊脂含量多，禽類脂肪又比豬油多。肉類中雞、鴨肉較豬、牛、羊肉含量豐富。動物心、肝、腎和腸等內臟中的含量高于肌肉，而瘦肉中含量比肥肉多。此外，雞蛋黃中含量也較多。
（2）非必需脂肪酸
大多數脂肪酸人體能夠自身合成，可以不從食物中直接攝取，這類脂肪酸稱為非必需脂肪酸。非必需脂肪酸主要是飽和脂肪酸。雖然飽和脂肪酸為非必需脂肪酸，攝入過量會增加體內血脂的含量，但由于它對人體特別是對人的大腦的發育起著不可替代的作用，所以如果長期攝入不足，勢必會影響大腦的發育。因此應當根據實際情況來決定各種動物脂和植物油的攝入量。