D -vitamiinin ja masennuksen välistä tarkkaa yhteyttä ei täysin ymmärretä. Näiden kahden välillä näyttää olevan korrelaatio, ellei suora syy -yhteys. Kliinistä masennusta sairastavilla ihmisillä on todettu olevan D -vitamiinin puutteita, vaikka nämä molemmat voivat olla oireita eri perimmäisestä syystä. Kausiluonteinen mielialahäiriö (SAD) on sairaus, jonka uskotaan liittyvän vähenevään altistumiseen kirkkaalle valolle talvikuukausina, ja auringonvalon puute voi myös aiheuttaa D -vitamiinin puutteen. Tutkimukset viittaavat siihen, että D -vitamiinin ja masennuksen välillä voi olla syy -yhteys, koska positiivisia vaikutuksia on saavutettu antamalla yhdistettä masennustilasta kärsiville ihmisille.
D -vitamiinin ja masennuksen välillä näyttää olevan jonkinlainen yhteys. Ihmiskeho pystyy syntetisoimaan D -vitamiinia, jos riittävästi auringonvaloa on saatavilla, joten puute liittyy tyypillisesti luonnonvalon puutteeseen tai jonkinlaiseen vikaan. Auringonvalon puute voi myös aiheuttaa joillekin ihmisille masennuksen oireita, kuten kausiluonteisessa mielialahäiriössä. Uskotaan, että auringonvalon puute vaikuttaa negatiivisesti aivokemiaan, vaikka on myös mahdollista, että alhainen D -vitamiinituotanto voi edistää tätä häiriötä ja muita masennuksen muotoja.
Ihmiskeho on riippuvainen ultravioletti-b (UVB) -valosta, joka tuottaa D-vitamiinia. Tutkimukset ja anekdoottiset todisteet viittaavat siihen, että valohoito UV-suodattimilla voi parantaa mielialaa, mikä viittaa siihen, että SAD: n kaltaiset olosuhteet eivät johdu kokonaan puutteesta D -vitamiinia tai parantaa sen läsnäoloa. Muut tutkimukset viittaavat kuitenkin siihen, että D -vitamiinilla voi olla samanlainen tai täydentävä vaikutus mielialaan. Yksi Australiassa tehty kaksoissokkotutkimus ehdotti syy -yhteyttä D -vitamiinin ja masennuksen välillä. Tämä tutkimus sisälsi D3 -vitamiinin antamista ja havaitsi positiivisia tuloksia yhden keskihajonnan verrattuna lumelääkkeeseen.
Anekdoottiset todisteet viittaavat myös D -vitamiinin ja masennuksen väliseen suhteeseen. Lisääntynyt masennus lähihistoriassa on samaan aikaan useiden trendien kanssa, jotka ovat vähentäneet ihmisten altistumista auringonvalolle, erityisesti D -vitamiinin tuotannossa tarvittavalle UVB -säteilylle. Kaupungistuminen ja sisätiloissa, erityisesti suljetussa toimistoympäristössä, vietetty aika voivat vähentää dramaattisesti auringonvaloa altistuminen. Ultraviolettisäteilyn mahdollisesti haitalliset vaikutukset ovat johtaneet myös aurinkovoiteiden laajaan käyttöön, jolla voi olla tahaton vaikutus D -vitamiinin tuotannon vähentämiseen. Mikään näistä ei välttämättä osoita, että alhaiset D -vitamiinipitoisuudet aiheuttavat masennusta, vaikka vahva suhde on kuitenkin nähtävissä.