大約1835年，法國化學家Payan和Peruz發表了壹個關於研究各種植物細胞壁組成的理論，確定其中有壹種碳水化合物，與澱粉同分異構，可以水解成單糖，從法語“細胞”中稱之為纖維素。
木材含有大量的纖維素和木質素。木質素不是碳水化合物，不能水解成單糖。它是木材幹餾生成甲醇的來源，因為其分子中含有甲氧基(CH3O—)。Payan在1842中發現了從木質素中分離纖維素的方法。硝酸溶解木質素並將其從纖維素中分離出來。硫酸溶解纖維素，留下木質素。
但是碳水化合物這個名字並不能反映它們的結構特征。首先，氫和氧在碳水化合物分子中不是以水的形式存在的。此外，已經發現，在壹些碳水化合物分子中，氫與氧的比率並不都等於2: 1。例如1879年，德國化學家漢伯格在橡木中水解槲皮素得到鼠李糖(C6H12O5)。壹些等於2∶1的化合物，如乙酸C2H4O2、乳酸C3H6O3等，在自然界中不能歸為碳水化合物。即便如此，這個名字還是保留了下來。中國化學家曾經創造了“糖”來代替它。現在壹些化學教材中經常用到“糖”這個詞，它們分為單糖、二糖、多糖。單糖和配方糖也叫糖，多糖叫多糖。
多糖中的澱粉(C6H10O5)n在自然界中分布廣泛，谷類和豆類的種子中澱粉含量最多，自古以來就是人們的主要食物，人們早就知道了。
1811年，俄羅斯彼得堡的德國藥劑師G·S·基爾霍夫發現，澱粉糊和稀硫酸壹起加熱，在葡萄汁中轉化為糖。然後在1819年，法國化學家布拉卡諾用硫酸煮纖維素，也得到了葡萄汁中的糖。這揭示了澱粉和纖維素的組成秘密，也成為今天用澱粉、含纖維素的木屑和刨花制造葡萄糖的啟示。
1833年，佩魯茲發現澱粉不僅能產生葡萄糖，還能產生壹種膠，叫做“糊精”。
澱粉被稀硫酸水解產生壹系列產物，首先是糊精，然後是麥芽糖，最後是葡萄糖。
糊精是壹種分子比澱粉小的多糖，可溶於水成為膠體溶液，常用作糊狀物。
多糖中有動物澱粉，是法國生理學家貝拉德在1857年從肝臟中發現的。它被稱為“糖的生產者”和“糖原”。與澱粉不同，它更易溶於熱水，不會形成粘性溶液。它主要存在於肝臟中。它的功能是儲存碳水化合物，並在需要時將其分解成單糖。在正常情況下，由於這些物質的相互作用，我們血液中的糖分含量保持穩定。
主要的糖是蔗糖、麥芽糖和乳糖。
根據西班牙殖民者的記載，古代墨西哥印第安人用玉米桿和沈香制糖，北美印第安人用楓樹汁煮糖。用甘蔗制糖可能是印度的發明。公元前300年，甘蔗在印度東部被用來制糖。甘蔗起源於新幾內亞，長期以來被當地居民僅用於咀嚼和食用，後來傳播到印度。公元7世紀，中國朝廷派人到印度學習制糖方法。他們回國後，開始在揚州制糖。8世紀，阿拉伯人將蔗糖引入歐洲國家。
1747法國化學家馬格拉夫在甜菜中發現蔗糖。他的學生Achard從1786開始從事甜菜糖的工業生產。1799年，他將壹塊用甜菜汁制成的錐形蔗糖塊送給了普魯士皇帝威廉三世，並得到了經濟上的幫助。他在1802設廠開始生產。
1833年，巴黎商學院工業化教授、糖的生產者杜布倫夫發現蔗糖被酸水解產生葡萄糖和果糖，稱為轉化糖，比原來的蔗糖更甜，用於制作綿白糖、藥品、啤酒、糖果和糕點。這為人們了解蔗糖的組成開辟了壹條途徑。
後來發現蜂蜜是轉化糖，蜜蜂從花中采集的花蜜主要含有蔗糖，其中含有轉化酶，可以水解蔗糖。但是蜂蜜不是純粹的轉化糖。除了葡萄糖和果糖，它還含有壹些蔗糖。
在中國古代，麥芽糖是主要的甜味食物，麥芽糖在中國仍被稱為麥芽糖。當我們把米飯放在嘴裏仔細咀嚼時，它會變得越來越甜，這是因為米飯中的澱粉被唾液中的唾液澱粉酶轉化為麥芽糖。古代中國人知道，至少在公元前1000年左右，澱粉粒中的麥芽開始生產麥芽糖。麥芽中含有澱粉糖化酶，能將澱粉轉化為葡萄糖。Payan和Peruz在1833從麥芽中分離出這種酶。
麥芽糖被酸水解，只能得到葡萄糖。麥芽糖在人體內很容易消化成葡萄糖。大多數市售的麥芽提取物魚肝油是麥芽糖。
乳糖存在於哺乳動物和人類的乳汁中，人乳中有5% ~ 7%，牛乳中有4% ~ 5%。
在1856中，巴斯德水解了牛奶中的糖，得到壹種叫做乳糖的糖。1860年，法國化學家貝特洛確定牛奶中的糖被巴斯德水解得到半乳糖，牛奶中的糖就是乳糖。半乳糖是壹種單糖，是乳糖水解的產物。乳糖水解的產物是半乳糖和葡萄糖，與蔗糖和麥芽糖不同。
單糖除半乳糖外，主要是葡萄糖和果糖。德國應用數學教授1792從葡萄汁中獲得葡萄糖，並確定它是壹種不同於蔗糖的糖。後來在1811和1819中，Kirchhoff和Brakono分別從水解澱粉和纖維素中獲得。但直到1838年，法國化學墳墓Perigau才鑒定並命名為葡萄糖。佩裏戈還發現糖尿病患者的蜂蜜和尿液中含有葡萄糖。中國明代王世茂主編的《尤爾譚薇》中說，糖尿病人的尿是甜的。1776年，英國醫生多布森也鑒定出糖尿病患者尿液中含有糖分。這是因為患者的葡萄糖代謝異常，血糖濃度特別高，所以往往從尿液中排出。
果糖廣泛存在於果汁中，是常見糖類中最甜的壹種糖，但很長時間以來，它並沒有被視為壹種不同於其他糖類的物質。直到1833，杜布倫夫才發現蔗糖被酸水解成葡萄糖和果糖。雙苯氟利葡萄糖易從水溶液中結晶出來，它們的鈣鹽在水中有不同的溶解度。通過分離它們來確定果糖的存在。
1880年，德國有機化學家Chirianni觀察到葡萄糖被溴快速氧化成葡萄糖酸CH2OH(CHOH)4COOH，而果糖只被溴緩慢氧化，幾周後生成乙醇酸HOCH2COOH。於是他確定葡萄糖是醛糖，果糖是酮糖，因為醛容易被氧化成碳原子數相同的羧酸，而酮不容易被氧化。在1886中，為了確定葡萄糖和果糖分子中的碳原子數和羰基的位置，他進行了氫氰酸(HCN)與葡萄糖和果糖的加成反應。這是壹種通過增加碳原子由低級糖合成高級糖的方法。產物被還原以獲得具有七個碳原子的庚酸和異庚酸。於是他給出了葡萄糖的化學式:CH2OH(CHOH)4CHO，果糖的化學式:CH2OHCO(CHOH)3CH2OH。
這清楚地區分了葡萄糖和果糖的分子結構。
在1887中，E. Fisher從立體化學上研究葡萄糖分子，發現它有16個空間異構體。
直到1929年英國化學家霍沃斯發表了《糖的結構》，才明確肯定葡萄糖等單糖具有環狀結構。
霍沃斯進壹步確定了許多碳水化合物的結構，提出蔗糖、麥芽糖、乳糖等二糖是由兩個單糖單元通過氧橋結合而成的分子，而纖維素和澱粉也是由不同構型的葡萄糖連接而成。