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  化學上,胡蘿蔔素分子是包含40個碳原子的多元不飽和烴,包含的氫原子數隨胡蘿蔔素的種類不同而不同,不包含其它的化學元素。某些種類的胡蘿蔔素的分子的一端或兩端為烴環。胡蘿蔔素對於人的肉眼來說都是有顏色的,這是由於其分子內形成了廣泛的共軛雙鍵系統。胡蘿蔔素結構上是四萜烯,這意味著可以從4個10碳萜烯生物合成胡蘿蔔素,或者說胡蘿蔔素從8個5碳異戊二烯單元形成。  植物中最常見的兩類胡蘿蔔素,用希臘字母命名,是α-胡蘿蔔素與β-胡蘿蔔素。γ, δ, ε, 與ζ-胡蘿蔔素也存在。由於它們都是烴類,不含氧原子,因此是脂溶性的,不溶於水。其它的類胡蘿蔔素,如葉黃素,分子中含有氧原子,因此疏水性較弱。

  下列食物富含胡蘿蔔素 :  這些食物如果與油脂一起烹煮,可以提高胡蘿蔔素的吸收率,因為胡蘿蔔素是脂溶性。烹煮幾分鐘可以破壞細胞壁,使胡蘿蔔素溶入液體中。6 μg的膳食β-胡蘿蔔素提供了等效於1 μg的視黃醛,等效於31⁄3IU的維生素A。

  兩種異構物的差異在於末端的環基上的雙鍵位置。胡蘿蔔素的家族有600多個成員,其中大概50種是食物中常見的,而當中最重要的有α-胡蘿蔔素及β-胡蘿蔔素,它們來自黃色、橘色的蔬菜和水果如紅蘿蔔、木瓜、橘子、芒果和南瓜等食物。綠色蔬菜如芥蘭、綠花椰菜亦含有胡蘿蔔素。胡蘿蔔素是脂溶性維他命,是維他命A的前驅物,儲存於肺部、腎上腺、前列腺以及眼睛中的黃斑區等地方。  胡蘿蔔素能夠活化維他命A,預防夜盲症及視力減退,亦可以滋潤眼睛,預防眼部發炎,並且預防及改善視網膜黃斑區病變、白內障、乾眼症、眼睛疲勞等眼部問題,對保護眼睛十分重要。美國多項研究顯示,多吃含豐富胡蘿蔔素(特別是β-胡蘿蔔素的食物)有助降低罹患黃斑點病變機會。  胡蘿蔔素保護植物細胞不被紫外線破壞。β-胡蘿蔔素也是一種抗氧化劑。

  試驗表明,30 mg/day(10倍於每日攝入參考標準)增加了吸菸者與有過石棉暴露史的人的肺癌與前列腺癌的風險。美國癌症學會的一篇文章號召在β-胡蘿蔔素補充劑上增加警告標誌,提示吸菸者這種補充劑會增加其患肺癌風險。  新英格蘭醫學雜誌1994年的一篇論文 研究了每日補充β-胡蘿蔔素與維生素E與肺癌的發生之間的關係。結論是使用了補充劑的參與者沒有發現降低肺癌的發生,而且這些補充劑還有有害效果。  美國國家癌症研究中心雜誌與新英格蘭醫學雜誌在1996出版的論文 研究了維生素A(作為視黃基棕櫚酸酯的形式)與β-胡蘿蔔素是否具有預防癌症的效果。結果顯示,有過因吸菸或石棉暴露導致的肺炎的實驗參與者,攝入β-胡蘿蔔素補充劑後增加了患肺癌的風險,因此實驗在早期階段就停止了。  美國醫學會雜誌2007年的一篇綜述性文章認為,β-胡蘿蔔素"增加了"死亡率在1到8%(相對風險1.05,95%置信區間interval 1.01-1.08)。但這個分析是基於兩個大型吸菸族群,其結論是否適合一般民眾尚無研究。

  2007年的一篇研究報告表明,每兩日攝取50 mg的β-胡蘿蔔素,阻止了認知能力下降。這是超過4000名醫師在18年間的治療資料上得出的結論。

  胡蘿蔔素血癥,或者高胡蘿蔔素血癥,是在血清中有過量的胡蘿蔔素。但不同於過量的維生素A,胡蘿蔔素是無毒的。過量的胡蘿蔔素會導致胡蘿蔔素面板沈澱(carotenodermia), 出現明顯黃色的面板。但不同於黃疸,過量的胡蘿蔔素不會使得眼睛的結膜變黃,因此易於從外觀上區分二者。胡蘿蔔素血癥最常見的原因是吃了太多的高胡蘿蔔素食物(如胡蘿蔔、柑橘),但也可能是其它危險情況的醫學訊號。

  目前有兩種β-胡蘿蔔素全合成辦法。第一種是Badische Anilin- & Soda-Fabrik(巴斯夫)提出的,基於維蒂希反應,格奧爾格·維蒂希持有該專利:  第二種是一類格氏反應,由羅氏公司提出。這兩種方法都是對稱的,巴斯夫合成是C20 + C20,羅氏合成是C19 + C2 + C19。

  胡蘿蔔素是一類不含氧的類胡蘿蔔素。  β-胡蘿蔔素的分子兩端是相同結構,稱之為β-環。特別地,β-環是9個碳原子團組成。  α-胡蘿蔔素分子在一端是β-環;另一端是ε-環。並不存在"α-環"。  使用分子兩端的基團來命名類胡蘿蔔素,就構成了系統命名法(systematic naming scheme):  ζ-胡蘿蔔素是生物合成鏈孢紅素(neurosporene)的前體,鏈孢紅素是番茄紅素的前體,而番茄紅素是胡蘿蔔素α到ε的前體。

  胡蘿蔔素可用作食用色素,用於果汁、餅乾、甜點、奶油、人造奶油。歐盟批准號為E160a。澳洲、紐西蘭、美國 等均允許作為食品新增劑。
胡蘿蔔素(英語:carotene)是指若干種相關的不飽和烴,分子式為CH,由植物合成,但動物不能製造。胡蘿蔔素是橘色的光合色素。對於人眼視覺,各種胡蘿蔔都是有顏色的。胡蘿蔔素使許多蔬菜和水果帶有橘色,例如地瓜或者哈密瓜。這也是乾枯的樹葉顯示橘色的原因。奶類脂肪與與奶油的黃色也是由於低濃度的胡蘿蔔素。那些把有顏色的胡蘿蔔素轉化為無色的類維生素A的能力較弱的雜食動物,例如人類或者雞,具有黃色的體脂肪,這是因為其攝入的植物性膳食中的類胡蘿蔔素儲存在體脂肪中。