蛋白质、脂类和碳水化合物均可以在体内产生热能，供给机体的能量需要，故又称为三大产热营养素。
（一）蛋白质的生理功能
（1）蛋白质是构成人体细胞组织的主要成分，约占体重的18%。人体细胞的不断更新、旧组织的修补，都需要蛋白质。蛋白质分子中含有碳、氢、氧、氮四种元素，还可能含有硫和磷。由于碳水化合物和脂肪中只含碳、氢、和氧，不含氮，所以，蛋白质是人体唯一的氮的来源。
（2）蛋白质能调节生理机能。人体中许多具有重要生理作用的物质，如催化体内化学反应的酶、调节体内代谢过程的某些激素等，都是由蛋白质构成的。
（3）蛋白质可以使机体对外界某些有害因素保持高度的抵抗力。例如，机体中能抵抗或杀死引起流感、麻疹、传染性肝炎病的病毒、细菌的抗体，就与丙种球蛋白有关。
（4）蛋白质是供给人体热能的营养素之一。每克蛋白质在体内氧化，放出热能16747焦耳。
（二）脂类的生理功能
（1）脂类是人体组织细胞的重要组成部分。如磷脂、糖脂、胆固醇是组成细胞膜的重要物质，胆固醇又是组成激素的重要物质。
（2）脂类能供给身体热能。每克脂肪能产生37681焦耳的热量，供大于求时可以贮存，是能量贮存库。
（3）脂类可以促进脂溶性维生素A、D、E、K的吸收。
（4）脂类有保护功能。脂肪大部分贮存于皮下、肠系膜、大网膜和肾脏周围，能防止体内热量大量散发，能固定脏器位置，减少它们之间的摩擦，有保护内脏的作用。
（5）脂肪能延缓胃的排空，增进饱腹感，增加食物的色香味，促进食欲。
（三）碳水化合物的生理功能
（1）碳水化合物是人体热能的主要来源。人体三分之二的热能由糖供给。它能较快的放出热能，是最经济的热量的来源。
（2）碳水化合物是构成机体的一种重要物质。如，粘蛋白是结缔组织的重要成分，糖蛋白是细胞膜的成分之一，神经组织中也含有糖脂，而碳水化合物是糖蛋白、粘蛋白和糖脂不可缺少的成分。
（3）碳水化合物能维持心脏和神经系统的正常功能。心脏的活动主要靠磷酸葡萄糖和糖元供给热能，神经系统只能由葡萄糖供给热能，血中葡萄糖是神经系统热能的唯一来源。血糖降低，人即会昏迷、休克，甚至死亡。