Im Unterschied zu den einfachen Kohlenhydraten, bei denen jeweils eine Art von Zuckermolekül die Basis bildet, bestehen die komplexen Mehrfach-Kohlenhydrate aus Verbindungen von mehreren verschiedenen Zuckermolekülen. Kohlenhydrate, die aus einer hohen Anzahl an Einfachzuckern (Monosacchariden) bestehen, werden als Polysaccharide bezeichnet, sofern sie mindestens elf der einfachen Zucker-Moleküle enthalten.

Sie kommen in organischer Verbindung als Stärke vor, beispielsweise in pflanzlichen Lebensmitteln wie Kartoffeln, Getreide- und Vollkornprodukten, Gemüse, Nüssen, Hülsenfrüchten oder Samen. Auch die ballaststoffreichere Nahrung weist oft auch einen hohen Mehrfachzucker-Anteil auf. Eine weitere Art von Polysaccharid ist das Glykogen, das in tierischen Geweben zu finden ist und auch als tierische Stärke bezeichnet wird. Es dient auch als Energiespeicher in bestimmten menschlichen und tierischen Zellen.

Einfache Kohlenhydrate können für gewöhnlich wesentlich schneller vom Körper verarbeitet werden als Mehrfachzucker, die über eine komplexere molekulare Struktur verfügen. Zudem wird die Energiefreigabe der Mehrfachzucker über einen längeren Zeitraum verteilt und es kommt zu einer nachhaltigeren Sättigung. Die komplexen Kohlenhydrate werden während des Verdauungsprozesses im Dünndarm von bestimmten Enzymen (Amylasen) in ihre Bestandteile zerlegt. Die zerlegten Einfachzucker gelangen von dort direkt über die Schleimhäute in die Blutbahn.

Die einfachen Zuckerarten Glucose, Fructose und Galaktose werden dann in die Leber transportiert. Glucose kann im Körper vielerorts Verwendung finden. Beispielsweise dient es in den Körperzellen der Energiegewinnung und spielt bei Aufbau und Funktion vieler Organe wie zum Beispiel dem Gehirn, dem Knochenmark oder bei der Blutbildung eine wichtige Rolle. Fructose wird nur zu einem geringen Teil von etwa 10 Prozent verwertet, der Rest wird mühsam abgebaut. Eine dauerhaft erhöhte Zufuhr von Fructose gilt zudem als ungesund. Die Galaktose, der Dritte im Bunde, kann in der Leber in Glucose umgewandelt werden.

Mithilfe des Hormons Insulin wird Glucose in Glykogen umgewandelt. Dies wird wiederum in den Leberzellen gespeichert. Das Insulin wird in der Bauchspeicheldrüse produziert und gelangt so in die Blutbahn. Es fungiert als Schlüssel und hilft der Glucose dabei, in die Zellen zu gelangen. Wenn viel Glucose im Blut vorhanden ist, wird der Körper versuchen, den Überschuss zu speichern. Es kann zu Fett umgewandelt und in den Fettdepots des Körpers gespeichert werden. In der Leber und in den Muskelzellen wird es in Glykogen umgewandelt. Dieses wird dann bei Bedarf wieder in Glucose zerlegt, um Energie zu liefern. Das in der Leber gespeicherte Glykogen kann bis zu 24 Stunden abgerufen werden.