생물계에서 널리 볼수 있는 노랑·주황·빨간빛을 가진 색소군(色素群)의 총칭. 분자 속에 많은 2중결합이 있어 공기 속에서 산화하기 쉬운 불안정한 물질이다.

물에 녹지 않으며, 같은 빛깔을 가진 플라보노이드 색소나 베타레인 색소와는 달리 벤젠·에테르 등 지방을 녹이는 용매에 잘 녹는다.

천연으로는 300여 종류의 카로티노이드가 알려져 있는데, 이 중 분자 속에 산소를 함유하지 않고 탄소와 수소만으로 된 일종의 탄화수소를 카로틴류, 산소를 함유한 것을 크산토필류로 구별한다.

고등식물에서는 카로티노이드는 엽록체의 틸라코이드(단백질과 지질로 된 편평한 주머니 모양의 구조)에 엽록소와 함께 함유되어 있고, 과실·꽃·뿌리 등에서는 색소체 중에 결정으로 존재한다.

엽록체에 존재하는 카로티노이드는 광합성 때 보조 색소로서 빛에너지를 흡수, 이것을 엽록소 a로 옮기는 역할을 한다.

카로티노이드는 세포가 빛에 의해 해(害)를 받는 것을 막는 작용을 한다.

유글레나와 같은 편모충류의 안점(眼點)이나 감광점(感光點)에 함유된 카로티노이드는 빛을 받아들이는 색소로서 광주성(光走性)에 관여한다.

동물은 카로티노이드를 체내에서 만들 수 없기 때문에, 음식물로 섭취한 식물에 포함된 것에서 얻는다.

사람 등 많은 동물은 카로틴류나 크산토필류를 모두 섭취·흡수할 수 있는데, 말 등에서는 카로틴류만, 닭이나 많은 어류·갑각류 등의 해산(海産) 무척추동물 등은 크산토필류만 섭취한다.

-카로틴과 같은 -이오논고리를 가진 카로틴류는 동물이 섭취하면 체내에서 화학변화를 받아 비타민 A가 된다.

비타민 A는 망막의 감광물질인 시홍(視紅 ; 로돕신) 성분으로서 시각에 관계한다.

비타민 A의 활성을 가진 카로틴류 중 -카로틴이 가장 효력이 크다.

카로티노이드는 화학구조상 테트라테르펜이라고도 하며, 테르펜 등의 이소프레노이드(이소프렌을 구성단위로 하는 천연유기화합물)의 일종이다.

따라서 생체 내에서는 테르펜류에 공통인 생합성 경로(메발론산 경로)에서 만들어진다.

최초에 만들어지는 카로티노이드는 카로틴류이며, 여기에 공기 속의 산소가 결합, 크산토필류로 변한다.

가을에 나뭇잎을 노랗게 물들이는 색소는 크산토필인데, 일반적으로 식물이 노화하면 젊은 시기에 있었던 카로틴류가 산화해 크산토필류로 된다.