維生素D為白色晶體，不溶于水，能溶于脂肪及有機溶劑，無臭，無味，對食品的色澤及風味影響不大，維生素D僅存在于動物體內，以酯的形式存在。植物體及酵母中不含維生素D，但其中的麥角固醇經紫外線照射后轉化為維生素D2，人和動物皮膚中的7-脫氫膽固醇經紫外線照射后可轉化為維生素D3。
維生素D十分穩定，一般的加工操作和儲藏條件不會引起損失，維生素D耐熱性強，消毒、煮沸及高壓滅菌對其活性無影響。冷凍儲存對牛乳和黃油中維生素D的影響也不大，但是維生素D遇光照、氧和酸會迅速遭到破壞，需保存于不透光的密封容器中。維生素D光解機制可能是直接光化學反應或由光引發的脂肪自動氧化間接涉及反應，維生素D易發生氧化主要因為分子中含有不飽和雙鍵，油脂氧化酸敗時也會使其中的維生素D破壞，維生素D過量射線照射可形成少量具有毒性的化合物。