化学的には、ビタミンDの様々な形はセコステロイド、つまりステロイド環の結合の1つが切れたステロイドである。ビタミンD2とビタミンD3の構造の違いは、炭素22と23の間にある二重結合を含む側鎖にあり、ビタミンD2では炭素24上にメチル基がある。多くのビタミンD類似体が合成されている。