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“膳食纤维”一词在1970年以前的营养学中未曾出现，当时只有“粗纤维”之说，用以描述不能被消化、吸收的食物残渣，且仅包括部分纤维素和木质素。当时认为粗纤维对人体不具有营养作用，甚至吃多了还会影响人体对食物中营养素特别是微量元素的吸收，因而一直未被重视。此后，通过一系列研究，人们发现那些不能被人体消化吸收的“非营养”物质，却与人体健康密切相关，而且在预防人体某些疾病如冠心病、糖尿病、结肠癌和便秘等方面起着重要作用。与此同时，营养学专家也认识到“粗纤维”一词已不适用，因而将其废弃，改为膳食纤维。
膳食纤维的定义一直在改进，早期的膳食纤维是指被哺乳动物消化酶水解以后剩余的植物细胞的残留。这种生理学定义将纤维的特性与在消化道内的消化过程相联系，但也给分析化学家提出了如何检测的问题。因此，营养宣传上采用了可溶性、不可溶性膳食纤维，以及两者之和为总膳食纤维来理解膳食纤维的概念，并提出其化学组成是非淀粉多糖和木质素。随着现代科技和食品工业的发展，该膳食纤维定义的局限性也越来越明显。
1999年，美国谷物化学家协会（AACC）成立的膳食纤维定义专门委员会对膳食纤维的定义确定为：膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收的、而在人体大肠中能部分或全部发酵的、可食用的植物性成分——碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物性物质。该定义明确地规定了膳食纤维的主要成分：膳食纤维是一种可以食用的植物性成分，而非动物性成分。
膳食纤维是一大类具有相似生理功能的物质，根据目前的分析方法可大致分成总膳食纤维、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维和非淀粉多糖。
包括所有膳食纤维组分，如非淀粉多糖、木质素、抗性淀粉等。
包括果胶、树胶等亲水胶体物质和部分半纤维素。
包括纤维素、木质素和部分半纤维素。
食物样品中除去淀粉后，残渣用酸水解成中性糖，然后用气相色谱或高效液相色谱定量检测其总和，即为非淀粉多糖。
研究较多的主要是不溶性膳食纤维与可溶性膳食纤维。前者是指存在于植物细胞壁中的纤维素、半纤维素和木质素；后者是指存在于自然界非纤维性物质中的果胶和树胶等。
（1）纤维素：纤维素是D葡萄糖以β-1，4-糖苷键组成的大分子多糖，相对分子质量为5万～250万，相当于300～15000个葡萄糖基。纤维素不能被人体肠道的酶所消化，因其具有亲水性，在肠道内起吸收水分的作用。
（2）半纤维素：由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖等。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50%，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。
（3）果胶：其分子主链是半乳糖醛酸，侧链是半乳糖和阿拉伯糖，它具有水溶性，工业上即可分离，相对分子质量为5万～30万。果胶是一种无定形的物质，存在于植物的细胞壁和细胞内层，为内部细胞的支撑物质。
（4）木质素：由4种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物。存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。人体不能消化木质素。
常见食物中的大麦、豆类、胡萝卜、柑橘、亚麻、燕麦和燕麦糠等食物都含有丰富的可溶性膳食纤维；不溶性膳食纤维（如纤维素等）主要来自食物中的小麦糠、玉米糠、芹菜、果皮和根茎蔬菜等。
膳食纤维虽然不能被人体消化吸收，但在体内具有重要的生理作用，是维持人体健康必不可少的一类物质。
膳食纤维可通过缩短胃肠转运时间、增加粪便量及排便次数、保持水分、稀释肠内有毒物质浓度以及为大肠内菌群提供可发酵底物等影响大肠的功能。所有这些因素均受膳食纤维类别和量的影响，例如在膳食中补充一定量的麦麸、水果和蔬菜即可缩短食物在大肠的通过时间。
研究表明结肠癌和直肠癌的发生主要与致癌物质在肠道内停留时间过长，致癌物质和肠壁长时间接触有关。增加膳食纤维摄入量，一方面可使致癌物质浓度相对降低，另一方面膳食纤维又有刺激肠蠕动作用，可加速肠内容物的排空，缩短致癌物质与肠壁接触的时间，同时还可减少肠内微生物的产生以及肠内容物转变为致癌物的机会，因此可以降低结肠癌和直肠癌的发生率。有学者认为，长期高动物蛋白、低膳食纤维饮食是导致结肠癌和直肠癌发生的重要原因。
人体肠道内细菌有很多，并且种类和数量均比较恒定。一般情况下，这些细菌是有益的，它们能抑制某些病原菌如沙门氏菌、霍乱弧菌等生长，还能合成B族维生素和维生素K，是人体维生素的一个重要来源。
可溶性膳食纤维的容水量大，可为肠内菌群提供理想的增生场所，使肠内细菌在数量上得以增加；但当肠内细菌增生过度时，膳食纤维则能通过促进肠蠕动而加速其排出，由此维持肠内菌群的动态平衡。此外，膳食纤维也参与维持肠黏膜的完整性，可防止肠内细菌透过肠壁向外移动而致病，从而有效促进机体健康。
不溶性膳食纤维可组成肠内容物的核心，由于其吸水性可使粪便体积增大机械刺激肠蠕动；膳食纤维可被结肠细菌发酵产生短链脂肪酸和气体化学刺激肠黏膜，促进粪便排泄；膳食纤维还可增加粪便含水量，减少粪便干硬程度，利于排便。不同膳食纤维吸收水分差异较大，谷类纤维比蔬菜、水果类纤维能更有效增加粪便体积防治便秘。
痔疮是因为大便秘结而使血液长期阻滞与淤积所引起。膳食纤维因具有通便作用，可降低肛周压力，使血流通畅，从而起到防治痔疮的作用。
糖尿病是一种由于体内胰岛素相对或绝对不足，引起碳水化合物、脂肪和蛋白质代谢紊乱的全身慢性代谢性疾病，其特点是高血糖及糖尿。膳食纤维中的果胶可延长食物在肠内的停留时间、降低葡萄糖的吸收速度，使进餐后血糖不会急剧上升，有利于糖尿病病情的改善，瓜尔豆胶是一种高黏性纤维源，食用瓜尔豆胶的人群血糖控制会得到一定的改善。糖尿病性肾肿大与血糖浓度呈高度相关，瓜尔豆胶可减轻动物的糖尿病性肾肿大，进一步提示瓜尔豆胶有控制血糖的作用。另外研究发现，每日在膳食中加入26g食用玉米麸（含纤维91.2%）或大豆壳（含纤维86.7%），在28～30天后，糖耐量有明显改善。因此，糖尿病患者膳食中长期增加食物纤维，有助于改善餐后血糖，降低胰岛素需要量，可作为糖尿病治疗的一种辅助措施。
研究显示，在控制餐后血糖急剧上升和改善糖耐量方面，可溶性膳食纤维效果最佳。可溶性膳食纤维在胃肠中能形成一种膜，使食物营养素的消化吸收过程减慢，包括延缓葡萄糖、淀粉等的消化、吸收，避免了餐后血糖急剧上升。膳食纤维还能提高人体对胰岛素的敏感性，改善胰岛素调节血糖的作用，提高人体对葡萄糖的耐受性，有利于糖尿病的治疗和康复。
膳食纤维能显著降低人体血胆固醇，具有防治动脉硬化、高血压、心脏病等心血管疾病的作用。不同组分的膳食纤维降低血脂、胆固醇的效果差异较大，果胶等膳食纤维降血脂的效果显著，其机理可能为果胶可增加小肠内容物的黏度，直接阻碍膳食胆固醇向肠壁黏膜细胞扩散，同时降低胆汁酸对脂肪的乳化作用，干扰了脂肪的吸收；同理，果胶也能抑制胆汁酸在肠道内的重吸收，促使粪便中胆汁酸排泄增加，阻断了胆固醇的肠肝循环，使更多的肝胆固醇向胆汁酸转化，最终降低胆固醇水平。
膳食纤维在大肠内发酵代谢，提供能量低于一般的碳水化合物，且富含膳食纤维的食物一般能量密度较低；水溶性膳食纤维具有很强的吸水溶胀性能，吸水后体积和重量可增加10～15倍，胃内容物体积增大刺激人体产生饱腹感，继而减少食物的摄入；膳食纤维黏性、吸附性较强，可阻碍消化酶与肠道内容物的混合，减慢食物的消化排空速度，从而延缓饥饿感。研究发现膳食纤维对超重/肥胖症患者减轻体重的效果优于健康体重者。
果胶是一种由半乳糖醛酸组成的天然高分子化合物，具有良好的胶凝化和乳化稳定作用，已广泛用于食品、医药、日化及纺织行业。果胶作为胶凝剂、增稠剂广泛用于食品工业，如适量的果胶能使冰淇淋、果酱和果汁凝胶化。柚子皮、柑橘皮等富含果胶，是制取果胶的理想原料。目前生产工艺上主要以稀酸来提取。果胶分果胶液、果胶粉和低甲氧基果胶三种，其中尤以果胶粉的应用最为普遍。