Toidu keemilisi lisaaineid võib saada kas sünteetilistest või looduslikest allikatest ning neid kasutatakse tavaliselt ühel neljast eesmärgist. Need toimivad toiduainete säilitusainetena, et pikendada säilivusaega ning vältida riknemist kuuma ja niiskuse tingimustes, neid kasutatakse värvainete ja maitsetugevdajatena või lisatakse toiduainete toiteväärtuse tõstmiseks. Töödeldud toidud sisaldavad tavaliselt palju keemilisi toidulisandeid, mida lisatakse toodetesse väikestes kogustes, kuid kõige levinumad toidulisandid lahtiselt on need, mis on mõeldud maitsetugevdajatena. Nende hulka kuuluvad looduslik suhkur, kõrge fruktoosisisaldusega maisisiirup ja kunstlikud magusained, nagu aspartaam. Teiste levinud maitsetugevdajate hulka kuuluvad naatriumglutamaat (MSG) ja kas sünteetilise või loodusliku päritoluga looduslikud vürtsid, näiteks piparmündi, mandli ja vanilli maitseained.
Kuigi magusained on kõige levinum toidulisandite kategooria, on väga levinud ka kaks muud spetsiaalselt tervisele kasulikku lisaainet. Nende hulka kuuluvad mineraaljood, mida tavaliselt lisatakse kaaliumjodiidina nii säilitusainena kui ka selle ühendi puudumisest toidus põhjustatud kilpnäärmehaiguste ennetamiseks ning D-vitamiin, mida lisatakse piimale luuhaiguste ja luuhaiguste ennetamiseks. edendada silmade ja naha tervist. Nii joodi kui ka D-vitamiini on USA-s toidule lisatud alates 1920. ja 1930. aastatest.
Teine oluline valdkond, kus toidu toiteväärtuse suurendamiseks kasutatakse looduslikke lisandeid, on B-vitamiinide, raua ja foolhappe lisamine töödeldud valgele jahule. Enamik neist vitamiinidest on jahus loomulikult olemas, kuid need lähevad jahvatamise käigus kaduma. Neid on lõpptootesse lisatud alates 1940. aastatest, et ennetada selliseid haigusi nagu pellagra ja beriberi lastel ja täiskasvanutel ning spina bifida vastsündinutel.
Kuigi kunstlikud lisandid võivad kuuluda umbes 20 erinevasse kategooriasse. alates paakumisvastastest ainetest kuni emulgaatorite ja niiskusesäilitajateni – mitmed levinumad on toidus sisalduvate looduslike rasvade ja õlide riknemise vältimiseks. Nende keemiliste toidulisandite hulka kuuluvad butüülitud hüdroksüanisool (BHA) ja butüülhüdroksütolueen (BHT), samuti rasvaasendajad, mis maitsevad nagu rasv, nagu olestra ja sterooli estrid. Teised keemilised toidulisandid, mida kasutatakse nii rasvaasendajatena kui ka toidu stabilisaatorite või säilitusainetena, on erinevatest taimedest, näiteks merevetikatest, saadud kummid. Nende hulka kuuluvad karrageen, guarkummi, jaanikaunakummi ja muud tuntud lisandid, nagu ksantaan ja araabiakummid.
Teadaolevalt põhjustavad sadadest erinevatest keemilistest toidulisanditest kaks tavaliselt kasutatavate säilitusainete kategooriat liigselt terviseprobleeme. Nende hulka kuuluvad naatriumnitraadiühendid, millel võib olla samaaegselt mitu säilitus-, värv- ja maitseainete rolli ning mida kasutatakse laialdaselt soolalihas ja ka mujal, et vältida bakterite kasvu. Sulfitid on veel üks lai kategooria keemilisi toidulisandeid, mida kasutatakse kuivatatud puuviljade värvimuutuste vältimiseks ja mereannide, nagu krevetid ja homaar, värskena hoidmiseks. Need ühendid on eriti tülikad astma ja teatud tüüpi allergiaga inimestele, kuna piisavalt kõrgetes kontsentratsioonides võivad nad põhjustada anafülaktilist šokki, mis võib viivitamatu ravi puudumisel lõppeda surmaga.