以前所有分子式可写成Cx(H2O)x的化学物质皆被称为“碳水化合物”，根据这个定义，有些科学家认为甲醛（CH2O）为最简单的糖类，但是也有其他人认为是乙醇醛（C2H4O2）。但是除了碳数不为一和二的糖类皆被生物化学理解。

自然界的糖类通常都由一种简单的碳水化合物：单糖所构成，通式为（CH2O）n，(n≥3)。一个典型的单糖具有H-(CHOH)x(C=O)-(CHOH)y-H结构，也就是多羟基醛或多羟基酮。像：葡萄糖、果糖、甘油醛皆是单糖。然而有些生物物质像糖醛酸和脱氧糖就不符合此通式，另外还有许多物质的分子式符合这个通式但它并不是糖类（如：甲醛（CH2O）和肌醇（CH2O）6）。

直链形式的单糖通常与关环形式的单糖同时存在，这种环状分子是由醛/酮上的羰基（C=O）与羟基（-OH）反应形成半缩醛，并形成一个新的C-O-C键桥。单糖可以各种方式互相连接在一起形成多糖（或寡糖，又称低聚糖）。许多糖类含有一个或多个修饰的单糖单元，这种修饰方法可以是一个或多个基团被取代或移除。例如，DNA的一个组分脱氧核糖，就是被核糖所修饰的糖；几丁质是一种被重复的N-乙酰氨基葡萄糖（一种含氮原子的葡萄糖）片段所组成的糖类。