I modsætning til monosaccharider, nukleotider og aminosyrer er fedtsyrer ikke monomerer, der er bundet sammen til meget større molekyler. Selv om fedtsyrer kan bindes sammen, f.eks. til triacylglyceroler eller fosfolipider, er de ikke direkte knyttet til hinanden, og generelt er der ikke mere end tre i et givet molekyle. Fedtsyrerne i sig selv er lange kæder af kulstofatomer, der afsluttes med en carboxylgruppe. Længden af kæden kan variere, selv om de fleste er mellem 14 og 20 kulstofatomer, og i højere ordeners planter og dyr er fedtsyrer med 16 og 18 kulstofatomer de vigtigste arter.

På grund af syntesemekanismen har de fleste fedtsyrer et lige antal kulbrinter, selv om der også kan dannes ulige antal kulstofkæder. Mere variation kan genereres ved dobbeltbindinger mellem kulstofferne. Fedtsyrekæder uden dobbeltbindinger er mættede, fordi hvert kulstof er mættet med så mange bundne hydrogenatomer som muligt. Fedtsyrekæder med dobbeltbindinger er umættede (Figur \(\PageIndex{13}\)). Kæder med mere end én dobbeltbinding kaldes flerumættede. Fedtsyrerne i eukaryote celler er næsten ligeligt fordelt mellem mættede og umættede typer, og mange af de sidstnævnte kan være flerumættede. I prokaryoter er polyumættede fedtsyrer sjældne, men andre modifikationer såsom forgrening og cyklisering er mere almindelige end hos eukaryoter. En tabel over almindelige fedtsyrer er vist nedenfor.

Der er betydelige fysiske forskelle mellem mættede og umættede fedtsyrer alene på grund af geometrien af de dobbeltbundne carbonhydrider. En mættet fedtsyre er meget fleksibel med fri rotation omkring alle dens C-C-bindinger. De sædvanlige lineære diagrammer og formler, der skildrer mættede fedtsyrer, tjener også til at forklare de mættede fedtsyrers evne til at pakke tæt sammen med meget lidt mellemrum. Umættede fedtsyrer er derimod ikke i stand til at pakke sig så tæt sammen på grund af den rotationsbegrænsning, som dobbeltbindingen medfører. Kulstofferne kan ikke rotere rundt om dobbeltbindingen, så der er nu et “knæk” i kæden. Generelt er dobbeltbundne kulbrinter i fedtsyrer i cis-konfiguration, hvilket medfører en 30-graders bøjning i strukturen.

Fedtsyrer inde i cellerne er normalt dele af større molekyler, snarere end frie syrer. Nogle af de mest almindelige lipider, der er afledt af fedtsyrer, er triacylglyceroler, fosfoglycerider og sfingolipider. Triacylglyceroler er, som navnet antyder, tre fedtsyre(acyl)kæder, der er forbundet med et glycerolmolekyle ved hjælp af esterbindinger (figur \(\PageIndex{14}\)). Triacylglyceroler, også kendt som triglycerider, kan have fedtsyrer af samme type (simple triacylglyceroler) eller af forskellige typer (blandede triacylglyceroler). Blandinger af disse er de primære langtidsenergilagringsmolekyler for de fleste organismer. Selv om de i daglig tale omtales som fedtstoffer eller olier, er den eneste reelle forskel graden af mætning af de enkelte fedtsyrer. Blandinger med en højere procentdel mættede fedtsyrer har et højere smeltepunkt, og hvis de er faste ved stuetemperatur, betegnes de som fedtstoffer. Triacylglycerolblandinger, der forbliver flydende ved stuetemperatur, er olier.

I humanmedicin er en almindelig test for risikofaktorer for hjertesygdomme en måling af triglyceridniveauet i blodet. Selv om forskellige celletyper kan fremstille og bruge triglycerider, er de fleste triglycerider hos mennesker koncentreret i fedtvævet, som består af adipocytter eller fedtceller, selv om leveren også er et betydeligt fedtlager. Disse celler har specialiseret sig til at bære fedtkugler, der optager det meste af cellens volumen. Når triglyceridniveauet i blodet er højt, betyder det, at der produceres eller indtages fedt hurtigere, end det kan optages af adipocytterne.

Phospholipider (også kaldet fosfoglycerider eller glycerofosfolipider), er også baseret på tilknytning af fedtsyrer til glycerol. I stedet for tre fedtacylhaler er der dog kun to, og i den tredje position er der en fosfatgruppe (figur \(\PageIndex{15}\)). Phosphatgruppen knytter sig også til en “hovedgruppe” . Identiteten af hovedgruppen navngiver molekylet sammen med fedtacylhalerne. I eksemplet i figuren henviser 1-stearoyl til stearinsyren på 1-kulstoffet i glycerolryggen; 2-palmitoyl henviser til palmitinsyren på 2-kulstoffet i glycerol, og phosphatidylethanolamin henviser til fosfatgruppen og den tilknyttede ethanolamin, som er knyttet til glycerolets 3-kulstof. På grund af den negativt ladede fosfatgruppe og en hovedgruppe, der ofte er polær eller ladet, er fosfolipiderne amfipatiske – de har en stærk hydrofob karakter i de to fedtacylhaler og en stærk hydrofil karakter i hovedgruppen. Denne amfipathicitet er afgørende for fosfolipidernes rolle som den primære komponent i cellemembraner.

Sphingolipider (figur \(\PageIndex{16}\)) er også vigtige bestanddele af membraner og er ikke baseret på en glycerolryggekæde, men på aminoalkoholen sphingosin (eller dihydrosphingosin). Der findes fire hovedtyper af sfingolipider: ceramider, sfingomyeliner, cerebrosider og gangliosider. Ceramider er sphingosinmolekyler med en fedtsyrehale, der er knyttet til aminogruppen. Sphingomyeliner er ceramider, hvor en phosphocholin eller phosphoethanolamin er knyttet til 1-kulstoffet. Cerebrosider og gangliosider er glykolipider – de har henholdsvis et sukker eller sukkerstoffer, der er knyttet til 1-kulstoffet i et ceramid. De oligosaccharider, der er knyttet til gangliosider, indeholder alle mindst én sialinsyrerest. Ud over at være en strukturel komponent i cellemembranen er gangliosider særligt vigtige for genkendelse mellem celler.

Lipider er vagt defineret som biologiske forbindelser, der er uopløselige i vand, men opløselige i organiske opløsningsmidler som f.eks. methanol eller chloroform. Dette omfatter de fedtsyrederivater, der er nævnt ovenfor, og det omfatter det sidste emne for dette kapitel, kolesterol. Kolesterol (figur \(\(\PageIndex{17}\)) er det vigtigste biologiske derivat af cyclopentanoperhydrophenanthren, et mættet carbonhydrid, der består af fire sammensmeltede ringformationer. Det er en vigtig bestanddel af plasmamembraner i dyreceller og er også den metaboliske forløber for steroidhormoner som f.eks. cortisol eller b-estradiol. Planteceller indeholder kun lidt eller slet ikke kolesterol, men andre steroler som stigmasterol er til stede. På samme måde har svampe deres særlige steroler. Prokaryoter indeholder dog for det meste ikke nogen sterolmolekyler.