Bassi livelli di vitamina D possono causare debolezza muscolare e dolore osseo. La vitamina viene immagazzinata nel fegato dove viene poi metabolizzata. Poiché la vitamina D è necessaria per la formazione e la crescita ossea, la carenza riduce l'assorbimento del calcio nel corpo e spesso porta a dolore muscoloscheletrico. Gli individui che hanno una carenza da lieve a moderata possono manifestare debolezza muscolare, dolore, intorpidimento o formicolio e crampi muscolari e spasmi, noti anche come fascicolazioni. Uno studio condotto presso la University of Michigan Medical School ha scoperto che i pazienti ospedalieri con dolori muscolari e scheletrici inspiegabili avevano maggiori probabilità di avere una carenza di vitamina D indipendentemente dall'età. Ciò ha portato i ricercatori a concludere che le persone con dolore inspiegabile dovrebbero essere testate per la vitamina D.
Il dolore alle gambe è un sintomo comune della carenza di vitamina D. L'osteomalacia è una condizione che si riferisce all'ammorbidimento delle ossa. Sebbene all'inizio potrebbero non esserci sintomi, nel tempo l'osteomalacia peggiora, causando sintomi come dolore alle gambe e alla parte inferiore della colonna vertebrale, debolezza muscolare alle braccia e alle gambe e diminuzione del tono muscolare. Le cause dell'osteomalacia includono un'assunzione dietetica inadeguata di vitamina D e un'esposizione insufficiente alla luce solare. Il corpo ha bisogno di vitamina D per ossa forti, proprio come ha bisogno di assorbire un'adeguata luce solare per produrre vitamina D nella pelle. Quelli a rischio sono gli individui che trascorrono poco tempo fuori alla luce del sole o vivono in aree smog o regioni geografiche dove le ore diurne sono brevi durante determinate stagioni dell'anno. Le persone anziane che risiedono in strutture di assistenza a lungo termine sono particolarmente a rischio.
Le carenze di vitamina D o dei minerali calcio e magnesio possono causare contrazioni muscolari. Molte volte le contrazioni si verificano nelle mani, nelle gambe e nei piedi ed è accompagnata da intorpidimento e formicolio. Queste contrazioni muscolari involontarie sono piccole contrazioni che più spesso colpiscono singoli muscoli. A volte gli impulsi elettrici lungo le vie nervose iniziano a non funzionare in modo imprevedibile, causando la contrazione e il rilassamento dei muscoli in diverse posizioni del corpo. Mentre una persona non è in grado di controllare le contrazioni, la maggior parte delle volte è minore. Le carenze dietetiche sono spesso responsabili di queste fibre nervose motorie che emettono impulsi casuali dal cervello o dal midollo spinale. La vitamina D svolge un ruolo nella regolazione dei processi cellulari nel sistema nervoso e nel tessuto muscolare. La tetania, un'altra condizione causata dalla mancanza di calcio o da bassi livelli di magnesio, è caratterizzata da contrazioni muscolari involontarie.