水溶性维生素包括B族复合物和维生素C。与脂溶性维生素不同，它们不以显著量储存，必须定期从膳食中获取。过量的水溶性维生素通过尿液排出，因此毒性罕见。

维生素B₁

硫胺素由一个嘧啶环和一个噻唑环通过亚甲基桥连接而成。其活性形式硫胺素焦磷酸是催化α-酮酸脱羧和转酮醇反应的酶的辅因子。丙酮酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶和转酮醇酶需要TPP。硫胺素存在于全谷物、豆类、猪肉和坚果中。脚气病以两种形式出现：湿性脚气病伴有心血管症状包括水肿和心力衰竭，以及干性脚气病伴有周围神经病变和肌肉萎缩。韦尼克-科尔萨科夫综合征见于酒精中毒，引起意识模糊、共济失调和记忆障碍。

维生素B₂

核黄素形成辅酶FMN和FAD，在氧化还原反应中充当电子载体。核黄素存在于乳制品、鸡蛋、动物内脏和绿色蔬菜中。缺乏导致口角炎、唇炎、舌炎和畏光。核黄素缺乏很少单独发生，通常伴随其他B族维生素缺乏。

维生素B₃

烟酸转化为NAD⁺和NADP⁺，是包括氧化磷酸化在内的细胞代谢中的中心电子载体。烟酰胺（酰胺形式）是主要的膳食来源。烟酸（酸形式）也被用作降脂药物。烟酸存在于肉、鱼、禽肉和强化谷物中。糙皮病表现为三D征：皮炎、腹泻和痴呆。高剂量烟酸有效降低LDL和甘油三酯并升高HDL，但会引起潮红的副作用。

维生素B₅

泛酸是辅酶A和酰基载体蛋白的组分，对脂肪酸代谢和柠檬酸循环至关重要。它广泛存在于食物中，缺乏极为罕见。缺乏症状包括疲劳、失眠和麻木。

维生素B₆

吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺转化为磷酸吡哆醛，是参与氨基酸代谢的100多种酶的活性辅酶。PLP对转氨、脱羧和脱氨反应至关重要。良好来源包括禽肉、鱼、土豆和非柑橘类水果。缺乏导致皮炎、小红细胞性贫血和神经系统症状。异烟肼治疗结核病可引起B₆缺乏。

维生素B₇

生物素是羧化反应的辅因子，通过赖氨酸残基共价附着于羧化酶。生物素依赖性酶包括乙酰辅酶A羧化酶、丙酮酸羧化酶和丙酰辅酶A羧化酶。生物素存在于蛋黄、肝脏和坚果中。生蛋清含有抗生物素蛋白，结合生物素并阻止吸收，导致缺乏。症状包括皮炎、脱发和神经系统异常。

维生素B₉

叶酸的还原形式四氢叶酸携带一碳单位用于核苷酸合成和氨基酸代谢。叶酸对嘌呤合成、胸苷酸合成和甲硫氨酸再生至关重要。良好来源包括绿叶蔬菜、豆类和强化谷物。叶酸缺乏导致巨幼细胞性贫血和妊娠期神经管缺陷。围孕期充足的叶酸补充可预防脊柱裂和无脑畸形。

维生素B₁₂

钴胺素在维生素中是独特的，含有钴并需要内因子才能吸收。甲基钴胺素和腺苷钴胺素是活性辅酶形式。甲基钴胺素是甲硫氨酸合酶的辅因子，将同型半胱氨酸转化为甲硫氨酸。腺苷钴胺素是甲基丙二酰辅酶A变位酶的辅因子。B₁₂仅存在于动物产品中。缺乏导致巨幼细胞性贫血和神经系统症状，包括周围神经病变和脊髓亚急性联合变性。恶性贫血由产生内因子的胃壁细胞自身免疫破坏引起。

维生素C

抗坏血酸是一种水溶性抗氧化剂，参与胶原合成、神经递质产生和铁吸收的酶的辅因子。作为脯氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶的辅因子，维生素C对胶原成熟至关重要。它还通过将三价铁还原为二价铁来促进铁吸收。坏血病导致伤口愈合不良、牙龈出血、瘀点和疲劳。严重缺乏不经治疗可致命。