Chemische Lebensmittelzusatzstoffe können entweder aus synthetischen oder natürlichen Quellen gewonnen werden und werden normalerweise für einen von vier Zwecken verwendet. Sie dienen als Konservierungsmittel für Lebensmittel, um die Haltbarkeit zu verlängern und den Verderb bei Hitze und Feuchtigkeit zu verhindern, sie werden als Farbstoffe und Geschmacksverstärker verwendet oder sie werden hinzugefügt, um den Nährwert von Lebensmitteln zu erhöhen. Verarbeitete Lebensmittel enthalten in der Regel viele chemische Lebensmittelzusatzstoffe, die in winzigen Mengen in Produkte eingebracht werden, aber die häufigsten Lebensmittelzusatzstoffe in großen Mengen sind solche, die als Geschmacksverstärker konzipiert sind. Dazu gehören natürlicher Zucker, Maissirup mit hohem Fructosegehalt und künstliche Süßstoffe wie Aspartam. Andere gebräuchliche Geschmacksverstärker sind Mononatriumglutamat (MSG) und natürliche Gewürze entweder synthetischen oder natürlichen Ursprungs wie die Geschmacksrichtungen Grüne Minze, Mandel und Vanille.
Während Süßstoffe die häufigste Kategorie von Lebensmittelzusatzstoffen sind, sind zwei weitere, die speziell für die Gesundheit zugesetzt werden, ebenfalls weit verbreitet. Dazu gehören der Mineralstoff Jod, der üblicherweise als Kaliumjodid zugesetzt wird, um sowohl als Konservierungsmittel als auch zur Vorbeugung von Schilddrüsenerkrankungen durch einen Mangel der Verbindung in der Nahrung zu dienen, und Vitamin D, das der Milch zur Vorbeugung von Knochenerkrankungen zugesetzt wird sowie fördern die Gesundheit von Augen und Haut. Sowohl Jod als auch Vitamin D werden in den USA seit den 1920er und 1930er Jahren Nahrungsmitteln zugesetzt.
Ein weiterer wichtiger Bereich, in dem natürliche Zusatzstoffe verwendet werden, um den Nährwert eines Lebensmittels zu erhöhen, ist die Zugabe von B-Vitaminen, Eisen und Folsäure zu verarbeitetem Weißmehl. Die meisten dieser Vitamine sind von Natur aus im Mehl enthalten, gehen aber während des Mahlprozesses verloren. Sie werden seit den 1940er Jahren wieder in das Endprodukt aufgenommen, um Krankheiten wie Pellagra und Beriberi bei Kindern und Erwachsenen sowie Spina bifida bei Neugeborenen vorzubeugen.
Während künstliche Zusatzstoffe in einen Bereich von etwa 20 verschiedenen Kategorien fallen können. Von Antibackmitteln bis hin zu Emulgatoren und Feuchthaltemitteln werden einige der gebräuchlichsten verwendet, um den Verderb der natürlichen Fette und Öle in Lebensmitteln zu verhindern. Zu diesen chemischen Lebensmittelzusatzstoffen gehören butyliertes Hydroxyanisol (BHA) und butyliertes Hydroxytoluol (BHT) sowie Fettersatzstoffe, die nach Fett schmecken, wie Olestra und Sterolester. Andere chemische Lebensmittelzusatzstoffe, die sowohl als Fettersatz als auch als Lebensmittelstabilisatoren oder Konservierungsstoffe verwendet werden, sind Gummis, die aus verschiedenen Pflanzen wie Seetang gewonnen werden. Dazu gehören Carrageenan, Guarkernmehl, Johannisbrotkernmehl und andere bekannte Zusatzstoffe wie Xanthan und Gummiarabikum.
Von den Hunderten verschiedener chemischer Lebensmittelzusatzstoffe sind zwei Kategorien von üblicherweise verwendeten Konservierungsmitteln dafür bekannt, im Übermaß gesundheitliche Probleme zu verursachen. Dazu gehören Natriumnitratverbindungen, die gleichzeitig als Konservierungs-, Farb- und Geschmacksstoffe dienen können und in Wurstwaren sowie anderswo weit verbreitet sind, um Bakterienwachstum zu verhindern. Sulfite sind eine weitere breite Kategorie chemischer Lebensmittelzusatzstoffe, die verwendet werden, um Verfärbungen in Trockenfrüchten zu verhindern und Meeresfrüchte wie Garnelen und Hummer frisch zu halten. Diese Verbindungen sind besonders für Menschen mit Asthma und einigen Arten von Allergien lästig, da sie in ausreichender Konzentration einen anaphylaktischen Schock verursachen können, der ohne sofortige Behandlung zum Tod führen kann.