D-vitamiinil on üldiselt vähe kõrvaltoimeid või need puuduvad üldse, kui allaneelatud kogus jääb soovitatud piiridesse. D-vitamiini üleannustamine võib põhjustada negatiivseid kõrvalmõjusid, nagu neeruprobleemid. Ja vastupidi, selle ebapiisav saamine võib põhjustada selle puudulikkusest tingitud luuhaigusi. Lisaks võivad mõned retseptiravimid suhelda D-vitamiiniga ja põhjustada kõrvaltoimeid.
Soovitatav annus D-vitamiini kõrvaltoimete vältimiseks võib varieeruda, kuid on mõned üldiselt kokkulepitud kogused. Alla 50-aastased lapsed ja täiskasvanud peaksid saama 200–400 rahvusvahelist ühikut (RÜ) päevas. 51–70-aastased peaksid püüdma 400 RÜ-d päevas ja üle 70-aastased peaksid saama umbes 600–1,000 RÜ-d. Rohkem kui 1,000 RÜ päevas võib olla mürgine lastele ja üle 2,000 RÜ võib olla mürgine täiskasvanutele. Toksiline tase võib põhjustada D-vitamiini üleannustamist ja negatiivseid kõrvalmõjusid.
D-vitamiini üledoos võib põhjustada probleeme südame, luude ja neerudega. Sümptomiteks on isutus, oksendamine, kõhukinnisus ja nõrkus. Suures koguses D-vitamiini täiendavad kõrvaltoimed on hüperkaltseemia ja liigne luuhõrenemine. Hüperkaltseemia sümptomiteks võivad olla iiveldus ja oksendamine, sagedane urineerimine, liigne janu ja väsimus. Samuti võib toksiline D-vitamiini tase kahjustada neerufunktsioone, põhjustades neerukive ja kaltsiumi ladestumist kogu kehas.
Teisest küljest võib selle puudus põhjustada D-vitamiini ebasoodsaid kõrvalmõjusid. D-vitamiini puuduse üks peamisi tagajärgi on see, et see võib põhjustada rahhiiti, mis on luuhaigus, mida iseloomustab luukoe, mis ei mineraliseeru korralikult. Selle tagajärjeks võivad olla ka pehmed luud ja luustiku deformatsioonid. Puuduse sümptomiteks on luuvalu ja lihasnõrkus. Puuduse kõrvaltoimete vältimiseks võib olla vajalik võtta vitamiinipreparaate.
Lisaks võivad paljud ravimid põhjustada D-vitamiini koostoimeid ja kõrvaltoimeid, näiteks mõjutada kaltsiumi imendumist ja D-vitamiini metabolismi organismis. Ravimid, mis võivad vitamiiniga suhelda, hõlmavad steroide, krambivastaseid ravimeid ja mõningaid kaalulangusravimeid. Samuti võivad kõrge vererõhu ja südameprobleemide raviks kasutatavad ravimid suurendada D-vitamiini kõrvaltoimete riski. Kui inimene võtab ravimeid, võib olla vajalik enne D-vitamiini lisandi võtmist arstiga nõu pidada, et näha mis tahes koostoimed, mis võivad põhjustada negatiivseid kõrvalmõjusid.