Witamina D3 wpływa na funkcjonowaniu kilku ważnych układów w organizmie człowieka. Dlatego też działanie witaminy D3 ma wpływ na:

1. układ kostny - niezwykle ważna dla układu kostnego jest odpowiednia podaż witaminy D3 w organizmie, ponieważ witamina ta wpływa na metabolizm kości. Przede wszystkim w okresie rozwoju i dojrzewania witamina D3 bierze udział w kształtowaniu się zębów i kości. W przypadku niedoboru witaminy D3 w okresie rozwoju dziecka, może dojść do krzywicy, zaburzeń mineralizacji kości oraz zmniejszenia masy kostnej. U dorosłych zaś niedobór witaminy D3 może doprowadzić do osteoporozy. Ciekawostką jest fakt, że witamina D3 jest pomocna przy zwalczaniu próchnicy. 
2. układ nerwowy - witamina D3 jest bardzo ważna dla poprawnego funkcjonowania układu nerwowego. Niedobór witaminy D3 może powodować zaburzenia snu u pacjenta. Ponadto poziom witaminy D u ciężarnej kobiety może być skorelowany z ryzykiem wystąpienia zaburzeń autystycznych u jej dziecka;
3. układ mięśniowy - niedobór witaminy D3 może powodować u pacjentów mialgię, czyli mięśnioból lub ból mięśniowy;
4. układ odpornościowy - witamina D3 działa immunomodulująco, ale także pośrednio przeciwbakteryjnie. Dodatkowo witamina D3 wykazuje działanie antyproliferacyjne oraz antynowotworowe. Niektóre badania natomiast wykazały, że witamina D3 może zmniejszać prawdopodobieństwo zachorowania na grypę. Wedle tych badań sezonowa zmienność zawartości witaminy D w organizmie jest związana z sezonowością zachorowań na grypę. Z kolei zmieniająca się sezonowa zawartość witaminy D3 w organizmie jest efektem zmienności nasłonecznienia w różnych porach roku;
5. układ krążenia - badania naukowe nie wykazały jednoznacznego wpływu witaminy D3 na nadciśnienie tętnicze, ale suplementacja tej witaminy może regulować stan zapalny w przewlekłej niewydolności serca;
6. metabolizm w wielu tkankach - witamina D3 wpływa na zdolność do regeneracji wątroby. Może działać także przeciwnowotworowo.