作为化学物质，其化学结构与甜味的关系虽有多种理论阐释，但尚未完全清楚。
因之甜味剂的甜味仍无可计测的绝对值，只能以蔗糖为标准，其他甜味剂则通过口感阈值浓度的比较，得出与蔗糖比较的相对甜度，作为选择甜味剂的依据之一。按来源可分为天然的、合成的以及半合成的天然衍生物。
也可以按其热值分为营养型和非营养型。为追求健康、健美而形成的对低糖食品的消费需求，促进了非营养型甜味剂的开发和应用。天然甜味剂中最主要的是糖类，包括传统上应用的蔗糖、葡萄糖、果糖、果葡糖、麦芽糖、乳糖等，以及具有某些蔗糖不具备的特点正日益广泛应用的糖醇，如木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇等。还有一些非糖类的天然甜味剂，如甜叶菊、甘草酸钠，以及奇异果、罗汉果的提取物等。
合成甜味剂包括最常用的糖精(邻磺酰苯甲酸亚胺)、糖精钠、甜蜜素(环己基氨基磺酸盐)、安赛蜜(乙酰磺胺酸钾)等。其甜度一般都很高，而热值低，为非营养型。由于考虑其毒性，其应用受到一些限制。
半合成的天然衍生物的甜味剂有二肽衍生物(主要是阿巴斯甜素，即天门冬氨酰苯丙氨酸酯)、二氢查五酮衍生物等。还有以蔗糖及天然糖醇为原料，经化学变性，制成在结构和性质上另具特点的甜味剂，如柏拉金糖、三氯代半乳蔗糖、次麦芽糖醇等。甜味剂是几乎所有食品工业不可少的基本配料和食品添加剂。
它不仅赋予甜味，还可以增进某些食品好的口感，而掩盖其不良味道。
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