碳水化合物有四大家族，即单糖、双糖、低聚糖和多糖。
单糖是那些无法再被水解成更简单的糖的碳水化合物。它们通常含有3至7个碳原子，根据碳原子的数量，它们被称为丙糖、丁糖等。其中丙糖和丁糖大多以中间代谢物的形式存在。在自然界中，戊糖和己糖最为常见。己糖的一些常见类型包括葡萄糖（一种醛糖）、果糖（一种酮糖）、半乳糖（乳糖的水解产物）以及半露糖（也是一种醛糖）。己糖还有天然存在或人工加工的衍生物，如山梨醇、甘露醇等。
接下来是双糖，每分子双糖可以水解成两分子的单糖。常见的双糖包括蔗糖（葡萄糖和果糖的结合物）、乳糖（葡萄糖和半乳糖的结合物）以及麦芽糖（由两分子葡萄糖结合而成，是淀粉的基本单位）。
低聚糖则是每分子可以水解成3至8个单糖的碳水化合物。如果水解产生的单糖都是葡萄糖，那么这种低聚糖就被称为麦芽低聚糖。另一类低聚糖在水解时会生成多种单糖，被称为杂低聚糖。例如，大豆中的杂低聚糖会水解产生棉子糖和木苏糖等。这些杂低聚糖难以消化和吸收。而机体自身合成的杂低聚糖则具有重要的生物活性。
最后是多糖，它是由大量相同的或不同的单糖以直线或支链的形式缩合而成的。多糖根据能否被利用分为两类：可利用多糖和不可利用多糖。可利用多糖包括淀粉、糊精和糖元等。淀粉是食物中大部分碳水化合物的存在形式，它的基本构成单位是麦芽糖，在体内最终会被水解成葡萄糖。不可利用多糖则是指那些无法消化吸收的糖类，如膳食纤维等。
