Những ảnh hưởng của việc bổ sung vitamin D đối với sức khỏe là không chắc chắn.[6] Viện Y học Hoa Kỳ (IOM) báo cáo rằng: "Việc bổ sung vitamin D và canxi không có mối liên hệ đáng tin nào với bệnh ung thư, bệnh tim mạch và cao huyết áp, tiểu đường và hội chứng rối loạn chuyển hóa, hoạt động thể chất và té ngã, chức năng miễn dịch và các rối loạn tự miễn, nhiễm trùng, bệnh lý thần kinh-cơ, tiền sản giật; và các kết quả thường mâu thuẫn nhau".[7]:5 Một số nhà nghiên cứu cho rằng IOM đã đưa ra khẳng định quá dứt khoát trong khuyến nghị của mình và đã tính toán sai nồng độ vitamin D trong máu liên quan đến sức khỏe của xương.[13] Các thành viên hội đồng của IOM cho rằng họ đã sử dụng một "quy trình chuẩn cho các khuyến nghị về chế độ ăn uống" và bản báo cáo được dựa trên các dữ liệu vững chắc. Nghiên cứu về việc bổ sung vitamin D, bao gồm cả thử nghiệm lâm sàng ở quy mô lớn, vẫn đang được tiếp tục.[13]

Tổng giám đốc nghiên cứu và phát triển và là cố vấn trưởng của Bộ Y tế và NHS của Anh cho rằng trẻ em từ 6 tháng đến 5 tuổi cần dùng vitamin D bổ sung, đặc biệt là trong mùa đông. Tuy nhiên, bổ sung vitamin D không được khuyến khích đối với những người đã có đủ vitamin D từ chế độ ăn và từ ánh sáng mặt trời.[14]

Tỷ lệ tử vong

Nồng độ vitamin D trong máu thấp có liên quan đến tỷ lệ tử vong tăng,[15] và cho phụ nữ cao tuổi bổ sung vitamin D3 trong quá trình điều dưỡng dường như làm giảm nguy cơ tử vong.[8] Vitamin D2, alfacalcidol, và calcitriol có thể không có hiệu quả.[8] Tuy nhiên, cả dư thừa lẫn thiếu hụt vitamin D đều gây ra rối loạn chức năng và lão hóa sớm.[16][17][18] Nồng độ calcidiol trong huyết thanh có mối quan hệ theo một hình parabol với tỷ lệ tử vong với mọi căn nguyên.[7]:435

Sức khỏe xương

Năm 2013, United States Preventive Services Task Force (lực lượng tác vụ phòng bệnh Hoa Kỳ) không tìm đủ bằng chứng để xác định phụ nữ khỏe mạnh nên sử dụng bổ sung canxi và vitamin D để ngăn ngừa gãy xương.[19][20] Cũng trong năm 2013, một phân tích tổng hợp cũng không tìm thấy bằng chứng chứng minh việc bổ sung vitamin D làm tăng mật độ xương và do đó không khuyến khích sử dụng nó để ngăn ngừa loãng xương.[21]

Ở những bệnh nhân loãng xương, vitamin D có lẽ không thể làm giảm nguy cơ gãy xương. Ngoại trừ một số trường hợp được chăm sóc tại nhà cho thấy canxi và vitamin D có thể ngăn ngừa gãy xương hông, tuy nhiên lại gây ra những vấn đề khác đối với dạ dày và thận.[22] Bổ sung liều cao vitamin D cho người lớn hơn 65 tuổi có thể làm giảm nguy cơ gãy xương,[23] nhưng dường như chỉ đúng khi khảo sát với một nhóm nhiều người sống chung trong một hội, hơn là những người sống đơn lẻ.[24] Dù sao thì những bằng chứng về tác dụng của vitamin D đối với sức khỏe xương vẫn thiếu thuyết phục.[25]

Thiếu vitamin D gây ra chứng nhuyễn xương (ở trẻ em còn gọi là còi xương). Sử dụng vitamin D cho trẻ em với nồng độ bình thường không cải thiện được mật độ xương.[26] Ngoài ra, nồng độ vitamin D trong huyết thanh thấp có liên quan đến việc té ngã, và mật độ xương thấp.[27]

Ung thư

Nồng độ vitamin D thấp có liên quan đến một số bệnh ung thư và có thể làm tình trạng tồi tệ hơn đối với một số loại ung thư khác, tuy nhiên bổ sung vitamin D lại không cải thiện được tình trạng của những bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt.[28] Hiện nay, không đủ bằng chứng chứng minh việc bổ sung vitamin D cho người có bệnh ung thư này là cần thiết.[28] Kết quả nghiên cứu về tác dụng cải thiện hoặc gây hại của việc bổ sung vitamin D cho các bệnh nhân mắc các loại ung thư khác cũng không thuyết phục.[6][29]

Bệnh tim mạch

Thiếu bằng chứng về ảnh hưởng của việc bổ sung vitamin D đối với sức khỏe tim mạch.[5][30][31] Dùng liều vừa cho đến liều cao có thể làm giảm nguy cơ bệnh tim mạch nhưng kết quả lâm sàng vẫn còn nghi vấn.[5][32]

Hệ miễn dịch

Tổng quát, những chức năng của vitamin D làm kích hoạt hệ miễn dịch không đặc hiệu (miễn dịch bẩm sinh, tự nhiên) và làm giảm hệ miễn dịch đặc hiệu (miễn dịch thích nghi).[33] Thiếu vitamin D có liên quan đến việc tăng nguy cơ nhiễm virus.[34] Vitamin D được mặc nhận có liên hệ với bệnh cúm. Vào mùa đông, do ánh sáng mặt trời ít dẫn đến việc thiếu vitamin D tổng hợp tự nhiên, là một trong những nguyên nhân làm tăng tỉ lệ mắc bệnh cúm trong mùa này.[35] Thiếu vitamin D còn là một yếu tố gây nhiễm bệnh lao,[36] và trong lịch sử, nó từng được sử dụng để điều trị bệnh này.[37] Năm 2011, vitamin D được điều tra nghiên cứu bằng những thử nghiệm lâm sàng.[37] Nó cũng có thể đóng một vai trò trong việc nhiễm HIV.[38] Mặc dù có những dữ liệu dự kiến về mối liên hệ giữa việc thiếu vitamin D với bệnh hen suyễn, nhưng các bằng chứng về việc bổ sung vitamin D cho người bệnh thu được những hiệu quả có lợi vẫn thiếu thuyết phục.[39] Do đó, hiện nay vẫn chưa khuyến cáo bổ sung vitamin D để phòng ngừa hoặc chữa trị bệnh hen suyễn.[40]

Phụ nữ mang thai

Thiếu hụt vitamin D trong thai kỳ có liên quan với bệnh tiểu đường do mang thai, tiền sản giật, và thai nhi nhỏ.[41] Tuy nhiên, việc bổ sung vitamin D mang lại lợi ích không rõ ràng.[41] Phụ nữ mang thai có đủ lượng vitamin D trong thời gian mang thai có thể có các kết quả miễn dịch tích cực.[42] Thông thường, phụ nữ mang thai không được khuyên nên dùng thêm vitamin D.[42] A trial of supplementation has found 4000 IU of vitamin D3 superior to lesser amount in pregnant women for achieving specific target blood levels.[42]

Thiếu hụt

Chế độ ăn uống thiếu vitamin D kết hợp việc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời không đủ sẽ gây ra chứng nhuyễn xương (bệnh làm xương bị mềm, hay còi xương ở trẻ em). Trong các nước phát triển, đây là một bệnh hiếm gặp.[43][44] Tuy nhiên, thiếu vitamin D đã trở thành vấn đề toàn cầu đối với người già và vẫn còn phổ biến ở trẻ em và người trưởng thành.[45][46] Nồng độ calcidiol (25-hydroxy-vitamin D) trong máu thấp có thể là hậu quả của việc tránh nắng.[47] Thiếu vitamin D gây suy giảm sự khoáng hóa xương và gây tổn thương xương dẫn đến bệnh mềm xương.[48][49]

Còi xương

Bệnh còi xương ở trẻ em biểu thị những đặc điểm như tăng trưởng chậm, các xương dài bị mềm, yếu, và dị dạng, dẫn đến chúng bị cong khi phải đỡ trọng lượng cơ thể ở trẻ em bắt đầu tập đi. Tình trạng này đặc trưng bởi chân hình vòng cung,[49] có thể do thiếu canxi hoặc phốt pho, cũng như thiếu vitamin D; hiện nay, phần lớn các trường hợp còi xương là từ các nước có thu nhập thấp ở châu Phi, châu Á, hay Trung Đông,[50] hoặc ở những người bị rối loạn di truyền trong chuyển hóa và hấp thụ vitamin D.[51] Bệnh còi xương được Francis Glisson mô tả lần đầu tiên vào năm 1650, ông cho biết cách đó 30 năm thì bệnh này đã xuất hiện ở các quận Dorset và Somerset.[52] Năm 1857, John Snow đưa ra giả thiết cho rằng sau đó bệnh còi xương đã lan tràn rộng rãi ở Anh, nguyên nhân là do phèn được pha trong bánh mì..[53] Chế độ ăn uống đóng vai trò trong sự lan rộng của bệnh còi xương[54][55] được Edward Mellanby xác minh trong khoảng 1918-1920.[56]