维生素的发现是20世纪医学所取得的重大成就之一，对人体内这一类物质的发现和研究打开了有关营养学方面研究的大门。
1890年起，荷兰科学家艾克曼开始做了一系列试验，他首先发现啄食糙米和米糠的小鸡可以避免罹患类似人类脚气病的多发性神经炎。此后，他发现用酪蛋白原、蔗糖、淀粉、猪油和盐喂老鼠不久后便发生发育停止和死亡，但如果每天加入少量牛乳则老鼠发育极好，因此他认为糙米和牛奶中存在一种 “辅助的食物因子”。
1906年，英国生物化学家霍普金斯通过实验发现仅有蛋白质、碳水化合物和脂肪是不能维持生命的。艾克曼和霍普金斯的工作确认食物中含有某些生命必需的微量物质，这种物质后来被叫做维生素。鉴于他们两人对维生素研究的这些早期开创性工作，1929年被授予诺贝尔生理或医学奖。
1912年，日本的生化学家铃木梅太郎从稻米壳中提取出一种抗脚气病的物质。同年，波兰裔美籍化学家冯克从1吨稻壳中提炼出16盎司的结晶粗制品，他还发现从酵母中也可以制备出同样的化合物。后来这种化合物被证明是一种胺，冯克将其命名为生命胺，中文翻译为维生素。
在此之后，各种维生素陆续被发现。
1913年，美国化学家麦科勒姆和戴维斯在黄油和蛋黄中发现了另一种生命必需的脂溶性微量因子，把它叫作 “脂溶性物A”，把抗脚气病因子叫作 “水溶性物B”。1920年英国生化学家德拉蒙德将这两个名词改为维生素A和维生素B。
年麦科勒姆报告用奶油、蛋白和鱼肝油治愈了眼干燥病。1929年英国生化学家穆尔用含胡萝卜素的食物喂大鼠，发现肝内贮藏维生素A，由此知道胡萝卜素可以转变为维生素A。
1937年美国化学家霍姆斯从鱼肝油中得到维生素A的晶体。1938年美国的沃尔德证明食物中维生素A缺乏会导致视黄醛供应不足，使视网膜上视紫红质含量降低，从而产生夜盲。
1930年，人们开始知道维生素B是包含多种成分的一种复合体，按字母排列从B1到B14，然而其中有些后来被证明不属于维生素，还有一些B族维生素是以化学名称来命名的。维生素B1是艾克曼发现的，缺乏时引起脚气病。常见的B族维生素包括维生素B1、B2、B6、B12和泛酸、烟酸、叶酸、生物素等。
1933年，美国化学家威廉斯经过20年的艰苦研究，分离得维生素B1，并阐明了化学结构。因其含有硫原子，又称为 “硫胺”。1936年威廉斯和克莱因合成了硫胺。20世纪初惠普尔发现能促使实验狗制造血红蛋白速度增快的食物是肝。1926年，波士顿的医生迈诺特和墨菲给患者吃动物肝脏，治愈了恶性贫血。1948年立克斯等从肝脏浓缩液中分离出微量的红色结晶化合物维生素B12。
1955年，英国化学家霍奇金测定了维生素B12的结构。随后美国的伍德沃德历时11年之久，合成了维生素B12。
维生素C又称抗坏血酸，1928年美国化学家圣乔其从卷心菜中分离获得。1933年美国匹兹堡大学的金确定了维生素C的结构。20世纪70年代有人报道维生素C能预防和治疗动脉硬化症及能降低血液中胆固醇的含量，并有防止感冒和预防癌症的功效。
美国化学家鲍林著文说明用大量维生素能防止感冒，于是全世界维生素C销售量猛增。但也有人提出异议，认为过量服用维生素C会造成贫血，若一旦停用或仅维持普通剂量，也可能得维生素C缺乏症。
麦科勒姆及其同事在鱼肝油中发现了维生素D，麦科勒姆指出，即使食物中缺乏维生素D，如果经常晒太阳也不会出现佝偻病。
1926年英国的生物化学家罗森海姆发现阳光能将麦角甾醇转变为维生素D。现称维生素D为维生素D2，其作用是促进钙的吸收及骨骼形成。
此外，维生素E由美国学者伊文斯和毕晓普在1922年发现。
1929年，美国生化学家和丹麦科学家丹姆在研究低胆固醇饮食对鸡的影响的实验中发现低胆固醇饮食可以使鸡发生溶血和出血。此时单纯的补给胆固醇饮食无效，必须添加另一种物质，后来这种物质被称为维生素K，可以有效促进凝血，二人因此项研究获得1943年诺贝尔生理学或医学奖。
各种维生素的发现和研究，使人们对生命必需的营养物质有了更深入的认识，对现代化学和营养学的发展奠定了基础。
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