Die Orthomolekularmedizin will nicht nur Vitaminmangelerscheinungen vorbeugen, sondern sieht die Ursache von Hunderten von Erkrankungen – von Allergien und Arteriosklerose bis zur Zahnwurzelentzündung – in einem Mangel an Vitaminen, Mineralstoffen oder Spurenelementen (neuerdings auch an bestimmten Fettsäuren und Aminosäuren). Durch Zufuhr hoher Dosen dieser natürlich im Körper vorkommenden Stoffe sollen die entsprechenden Krankheiten geheilt werden. Dabei wird immer ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen gewählt, das in weit höheren Dosen gegeben wird, als sie der Körper normalerweise benötigt. Begründet wurde das Konzept durch den Nobelpreisträger Linus Pauling, der sich selbst mit einer „Megavitamin-Therapie“ behandelte (und womöglich deshalb – oder trotzdem – 93 Jahre alt wurde).
Wissenschaftlich ist das Konzept teilweise begründbar: Wenn durch die Zufuhr Mangelzustände behoben werden, so kann dies eine positive Wirkung haben. Allerdings sind bei einer gesunden Ernährung Mangelzustände an Vitaminen, Mineralstoffen oder Spurenelementen nicht zu erwarten. Auch evolutionsbiologisch betrachtet müsste der Mensch auf einen durch eine normale, arttypische Ernährung zu deckenden Bedarf ausgelegt sein.
Die Studien zur Wirkung der orthomolekularen Medizin sind nicht eindeutig. Während sich in manchen Studien positive Effekte zeigen, sind in anderen Untersuchungen keine Wirkungen nachzuweisen – dies gilt besonders für den Bereich Altern (keine Lebenszeitverlängerung durch hochdosierte Vitamine) und Herzerkrankungen (keine geringere Sterblichkeit bei koronarer Herzerkrankung.
Eindeutig sind dagegen die Risiken einer unkontrollierten hochdosierten Einnahme von manchen Vitaminen und Mineralien, insbesondere von Vitamin A (z. B. Leberschädigung), Vitamin D (z. B. Nierensteine), Vitamin E (Störungen der Blutgerinnung) und Magnesium (Minderung der Nierenfunktion). Auch die therapeutische Einnahme hochdosierter Vitaminpräparate bei Tumorerkrankungen ist sehr kritisch zu bewerten.
Um einer Überversorgung vorzubeugen, sollte die langfristige Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln oder Vitaminpräparaten ausschließlich nach Beratung durch den Arzt oder Apotheker erfolgen.