La forme active de la vitamine D est une hormone appelée calcitriol ou 1,25-dihydroxycholécalciférol, impliquée dans la régulation du bilan phosphocalcique de l'organisme. Sa synthèse peut être endogène ou exogène : l'isoforme D₂ de la vitamine provient des végétaux alors que l'isoforme D₃ de la vitamine est d'origine animale. La vitamine D regroupe dans le langage courant le calcitriol et ses métabolites, notamment la 25-hydroxyvitamine D ou 25-hydroxycholécalciférol. La 25-hydroxyvitamine D est un métabolite stocké en abondance dans l'organisme du fait de sa demi-vie longue ; c'est le substrat direct du calcitriol. La transformation physiologique de la 25-hydroxyvitamine D en calcitriol est sous contrôle direct de l'activité enzymatique de l'isoforme du cytochrome CYP27B1 au niveau rénal. Le calcitriol, en se fixant à son récepteur intracellulaire, le vitamine D receptor, régule l'expression de gènes cibles. Son action principale s'effectue au niveau de l'intestin proximal où il stimule l'absorption de calcium et des phosphates. Les situations d'hyper- et d'hypovitaminose D sont peu fréquentes : intoxication à la vitamine D (25-hydroxyvitamine D, 1-hydroxyvitamine D et 1,25-dihydroxyvitamine D), mutations (CYP24A1, CYP2R1, CYP27B1, SLC34A1, SLC34A3), granulomatoses, rachitisme, insuffisance rénale chronique ou dénutrition. Elles nécessitent l'interprétation d'un bilan biologique comprenant différents paramètres en fonction du contexte (calcémie, phosphatémie, magnésémie, créatinine plasmatique, PTH (parathormone), 25-hydroxyvitamine D, 1,25-dihydroxyvitamine D, FGF23 [fibroblast growth factor 23], etc.) parfois complétés par une recherche génétique. La définition d'un seuil pour le déficit en substrat 25-hydroxyvitamine D en population générale est sujet à controverse. L'enjeu de sa prescription en cas de déficit est de prévenir la survenue d'un rachitisme en pédiatrie et d'une ostéomalacie/déminéralisation osseuse chez le sujet âgé ou certaines populations à risque. Les apports recommandés sont de 600-800 UI par jour chez l'adulte. En dehors de situations particulières, les administrations importantes et répétées de 25-hydroxyvitamine D ne semblent pas montrer de bénéfice et pourraient éventuellement être responsables d'effets secondaires.