Kimyasal sindirim, vücutta besinlerin enzimler yardımıyla daha küçük moleküllere ayrılması sürecidir. Sindirim sistemi bu işlemi hem fiziksel hem de kimyasal yollarla gerçekleştirir. Besinler, ağızda dişler tarafından çiğnenerek fiziksel sindirime uğrar. Ağızda tükürük salgısı sayesinde kimyasal sindirim başlar ve enzimlerin etkisi devreye girer. Kimyasal sindirimde enzimler hidroliz reaksiyonları aracılığıyla besinleri daha küçük moleküllere ayırır. Bu süreçte su da kullanılır. Oluşan besin monomerleri, emilim yoluyla hücrelere gönderilir. Vitaminler ve mineraller ise doğrudan kana karışarak emilir.

Karbonhidratlar polisakkaritler veya disakkaritler halinde alınır ve sindirilir. Sindirim sürecinde monosakkaritlere dönüştürülürler. Polisakkaritler önce disakkaritlere, sonra da monosakkaritlere ayrılır. Karbonhidratların fruktoz, glikoz ve galaktoz gibi monosakkaritlere dönüşümü emilimle sonuçlanır. Sindirim, ağızda tükürük salgısının içerdiği amilaz enzimiyle başlar. Pişmiş nişasta ve glikojeni etkileyen bu enzim, maltoz ve dekstrinlere ayrılmalarını sağlar. Tükürük salgısı nötr veya hafif asidiktir ve ağızdaki amilaz enziminin aktivitesini destekler. Besinler yemek borusundan geçerek mideye ulaşır. Midede bulunan HCI nedeniyle ortam asidiktir, bu nedenle karbonhidrat sindirimine yardımcı olan enzimler burada etkisiz hale gelir. Midede karbonhidrat sindirimine yönelik enzim salgısı bulunmaz. Asitli besin ince bağırsağa geçer ve burada pankreas tarafından salgılanan pankreas suyu ile kimyasal sindirim devam eder. Pankreas, amilaz enzimi içerir ve bu enzim glikojen ve nişastayı maltoz ve dekstrinlere ayırır. İnce bağırsakta disakkaritlerin sindirimini sağlayan enzimler üretilir. Sindirilen polisakkaritler, ince bağırsakta monosakkaritlere parçalanarak emilir.

Proteinlerin kimyasal sindirimi ağızda başlar, mide ve ince bağırsakta devam eder. Besinler ağız, yemek borusu ve mideye geçer. Midede pilor kısmındaki bezler gastrin hormonunu salgılar. Gastrin hormonu kana geçerek mide öz suyunun salgılanmasını sağlar. Mide öz suyunda HCI, lap enzim ve pepsinojen bulunur. Pepsinojen aktif enzim değildir; HCI yardımıyla aktif hale gelir ve pepsin olur. Pepsin proteinleri peptonlara ayrıştırır. Süt çocuklarında lap enzimi süt proteinlerinin sindirimini sağlar. Midede bulunan besinler kimus adı verilen bulamaç haline gelir ve ince bağırsağa geçer. İnce bağırsakta sekretin hormonu pankreası uyarır ve pankreas öz suyunda bulunan tripsinojen ve kimotripsinojen protein sindirimini devam ettirir. Tripsin ve kimotripsin, mide tarafından gelen polipeptitleri dipeptitlere ayrıştırır. Dipeptitler, ince bağırsakta salgılanan erepsin enzimi ile aminoasitlere dönüştürülür. Kimyasal sindirim sonucunda oluşan aminoasitler, ince bağırsağın yüzeyinde bulunan villuslar yardımıyla emilir ve kan yoluyla karaciğere ve hücrelere ulaşır.

Vücutta yağların kimyasal sindirimi ince bağırsakta başlar ve burada tamamlanır. Besinler mideden ince bağırsağa geçerken on iki parmak bağırsağından sekretin ve kolesistokinin hormonları salgılanır. Pankreas, sekretin hormonu ile uyarılır ve lipaz enzimi üretilir. Karaciğer, kolesistokinin hormonu ile uyarılarak safra salgılar. Safra, yağları daha küçük parçalara ayırarak yüzey alanlarını genişletir ve lipaz enzimini etkin hale getirir. Lipaz, yağları yağ asitleri ve gliserolere ayırır. Yağların kimyasal sindirimi sonucunda monomerler ortaya çıkar ve bu monomerler ince bağırsaktaki villuslar tarafından emilerek kana karışır ve dolaşıma girer.