维生素D的最主要功能是提高血浆钙和磷的水平到超饱和的程度，以适应骨骼矿物化的需要，主要通过以下的机制：
(1)促进肠道对钙、磷的吸收。维生素D作用的最原始点是在肠细胞的刷状缘表面，能使钙在肠腔中进入细胞内。此外，1，25－(OH)2D3可与肠黏膜细胞中的特异受体结合，促进肠粘膜上皮细胞合成钙结合蛋白，对肠腔中钙离子有较强的亲和力，对钙通过肠粘膜的运转有利。维生素D也能激发肠道对磷的转运过程，这种运转是独立的，与钙的转运不相互影响。
(2)促进肾脏重吸收钙、磷。通过促进重吸收减少钙、磷的流失，从而保持血浆中钙、磷的浓度。
(3)对骨骼钙的动员。与甲状旁腺协同，维生素D使未成熟的破骨细胞前体，转变为成熟的破骨细胞，促进骨质吸收；使旧骨中的骨盐溶解，钙、磷转运到血内，以提高血钙和血磷的浓度；另一方面刺激成骨细胞促进骨样组织成熟和骨盐沉着。