有机大营养素包括碳水化合物、脂肪、蛋白质，占食物中干重的90％，提供100％的能量来源。它们在肠中被消化、分解成基本单位：碳水化合物分解成单糖，脂肪分解成脂肪酸和甘油，蛋白质分解为氨基酸。它们产生的能量分别是1g蛋白质或糖产生4kcal热量，1g脂肪产生9kcal热量。作为能量来源，碳水化合物、蛋白质和脂肪可以按它们能量含量的比例互相转换。
能量的需求各异，根据年龄、性别、身体活动量，从每天需要大约1000～4000多kcal不等。一般情况，活动少的妇女、小孩和老年人每天需要大约1600kcal。年龄大一些的孩子、活泼的少年、成年女性和活动少的男性每天需要大约2000kcal。活泼的男性青少年每天需要大约2400kcal。通常约有55％的热量来源于碳水化合物，30％来源于脂肪，15％来源于蛋白质。如果能量的摄入不能满足机体的需要，体重就会下降。体内储存的脂肪和少量蛋白质用于补充这些需要的能量。饥饿8～12周，就会导致死亡。
必需脂肪酸在普通膳食中只占脂肪消耗的7％（占产生全部热量的3％或大约8g），是大营养素，它们包括亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸。亚油酸和亚麻酸来源于植物油类；二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸是脑发育所必需的，来源于鱼油。在体内，花生四烯酸可由亚油酸转变而成。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸可由亚麻酸转变而成，鱼油也是很重要的来源。
矿物质包括钙、磷、氯、钾、镁（见第135节），是大营养素。因为每天需要数量相对较大（大约每天1～2g）。水也是大营养素，每消耗1kcal热量就需要1ml水，相当于每天需要2500ml水。