碳水化合物也稱糖類，是多元羥基的醛、酮化合物以及它們的聚合物或衍生物。在化學組成上，它們大多數是由碳、氧和氫三種元素組成，氫和氧呈2∶1的比例，與水分子中氫和氧的比例相同，並且分子式能用Cx（H2O）y表示，例如蔗糖的分子式為C12（H2O）11。雖然碳水化合物能用Cx（H2O）y分子式表示，但並不是所有符合這種分子式的化合物都屬於碳水化合物，例如甲醛［HCHO（CH2O）］，乙酸［CH3COOH（C2H4O2）］等都符合這種分子式，但是它們的結構不屬於碳水化合物。相反，也有很少數的碳水化合物和其衍生物不符合這種分子式，如鼠李糖（C6H12O5）、氨基葡萄糖（C6H13O5N）等。因此，碳水化合物的名稱並不確切。但由於碳水化合物表達了絕大多數這類化合物的化學組成特征，習用已久，因此目前仍然使用。碳水化合物廣泛存在於自然界，是含量最豐富的一類可再生生物資源。碳水化合物與脂肪和蛋白質並列為三大營養物，碳水化合物不僅是人們生活中吃、穿、用的主要來源，而且將其進一步深加工可製成各種功能性材料，在生物降解材料、紡織、造紙、食品化工、日用化工、醫藥、建築、油田化學等工業領域發揮越來越重要的作用。
對碳水化合物分子的化學研究（分離、純化、檢測、結構、合成）和生物化學研究（結構與功能、體內代謝）始終是緊密交錯在一起的。以1843年杜馬（Dumas）提出糖類實驗式，以及19世紀80年代費歇爾（Fischer）對單糖分子結構及化學合成所做的係統研究為標誌，開始了對碳水化合物的研究。
1897年，布赫納（Buchner）發現酵母細胞提取液能將糖轉變為酒精，使得糖酵解途徑的研究成為最早引起人們注意的代謝途徑研究之一。直到20世紀30年代，隨著糖酵解途徑的基本闡明，以葡萄糖、澱粉、糖原和纖維素為中心的糖的研究，一度被認為快到了盡頭，甚至認為糖作為能源和結構支架，已經被研究得差不多了。而這時候對蛋白質的結構與功能的研究吸引了大多數研究者的注意力和興趣；接著，對核酸的研究也扣人心弦，DNA雙螺旋結構的揭示就是最好的例證。而糖類的研究則經曆了大約30年的相對沉寂。
到20世紀60年代中葉，在放射性同位素示蹤技術的幫助下進行的淋巴細胞歸巢研究和血漿銅藍蛋白半衰期研究發現，糖類分子不但具有能源和結構支架的功能，而且還擔負著協助傳遞細胞的職能。研究者開始對糖類刮目相看，研究的熱情又漸漸高漲。研究目標已不再是葡萄糖、澱粉、糖原與纖維素，而是主要放在糖蛋白、糖脂、蛋白聚糖等複合糖化物（complex carbohydrate）或糖綴合物（glyco conjugates）上。研究的內容主要集中在揭示糖類分子作為信息分子，如何在細胞黏著、細胞信號、發育分化、免疫細胞成熟活化、生殖受精，以及共生寄生等一係列重要生命過程中，起著介導、調節的作用。經過20年左右的積累和醞釀，到20世紀80年代下半葉，對糖類分子的研究終於形成一個明顯的新高潮。以英國牛津大學的德維克（R.Dwek）教授1989年在生化年評（Annual Review of Biochemistry）上的一篇綜述為標誌，前後幾年內，糖生物學（glycobiology）、糖科學（glycoscience）、糖技術（glycotechnology）等新名詞接連出現。