A vitamina D, além de seu papel na homeostase do cálcio e na saúde óssea, exerce efeitos expressivos sobre a função muscular, imunidade e desempenho atlético. Atletas, embora fisicamente ativos, apresentam alta prevalência de hipovitaminose D, atribuída a fatores como treinamentos em ambientes fechados, uso de protetor solar, pigmentação da pele e sazonalidade. Este capítulo aborda os mecanismos fisiológicos da vitamina D, com destaque para sua ação por meio de receptores nucleares e de membrana (VDR), presentes em fibras musculares esqueléticas. A deficiência de vitamina D está associada à atrofia de fibras do tipo II, redução da força e maior risco de lesões musculoesqueléticas. A suplementação, especialmente com vitamina D3, mostrou-se eficaz na melhora da força muscular e na recuperação pós-exercício em diversos ensaios clínicos randomizados, com doses variando entre 600 e 5.000 UI/dia. Além disso, a vitamina D regula a resposta imune inata e adaptativa, sendo fundamental para a manutenção da vigilância imunológica em atletas submetidos a cargas elevadas de treino. Sua deficiência pode exacerbar a imunossupressão induzida por exercícios intensos e prolongados, elevando o risco de infecções, especialmente do trato respiratório superior. Conclui-se que a reposição de vitamina D em atletas deve ser individualizada, baseada na avaliação sérica de 25(OH)D, com o objetivo não apenas de otimizar o desempenho, mas também de promover a saúde muscular e imunológica.