Роль витаминов в молоке и молочных продуктах заключается в их влиянии на окислительно-восстановительные процессы (витамины группы Е, С), стимулировании роста молочнокислых бактерий (витамины В₁, В₂, В₃, Н), участии в составе коферментов в ферментативных процессах (В₁, В₂, В₃, В₆, РР, Н). Кроме этого, каротиноиды и витамин В₂ являются природными красителями молочных продуктов. Содержание витаминов меняется в процессе хранения молока: окисление витаминов А, Е, С, В₁ и снижение их содержания, частичное разрушение при световом воздействии, особенно УФ-лучей (витамины А, В₂, В₆, С, Е, РР), потери при тепловых воздействиях (В₁, С).

К жирорастворимым витаминам молока относятся витамины групп А, Д, Е, в незначительном количестве витамин К и витамин F. Из всей группы витаминов А в молоке преобладает ретинол – витамин А₁, который в основном образуется из β-каротина кормов. Витамин А₁ и β-каротин обусловливают желтую окраску сливочного масла и повышают устойчивость молочного жира к окислению. Витамин А₁ участвует в регулировании секреторных функций поджелудочной, потовых и сальных желез,. А также в комплексе с белком участвует в возникновении зрительного ощущения (в процессах фоторецепции). Содержание витамина А₁ вместе с β-каротином от 50 до 100 мкг в 100 см³ молока.

Из витаминов группы Д в молоке преобладает Д₃ – холекальциферол. В организме регулирует обмен кальция и фосфора. Молоко содержит сравнительно мало витамина Д₃ – от 0,03 до 0,2 мкг в 100 см³.

Витамин Е – это группа соединений токоферолов (α- ,β-, γ- и др). В молоке главным образом содержится α-токоферол (от 0,02 до 0,35 мкг в 100 г молока). В молоке и молочных продуктах выполняет роль активного естественного антиокислителя липидов, витамина А и β-каротина, в организме участвует в регулировании обмена веществ. Высокое содержание витамина Е в сливочном масле ограничивает его самоокисление и повышает стойкость при хранении.