ऊपर बताए गए मुद्दों के अलावा, विटामिन डी को बड़े पैमाने पर मस्तिष्क स्वास्थ्य से जोड़ा गया है। मस्तिष्क के कामकाज में इसका योगदान एक कारण है कि इसकी कमी से संज्ञानात्मक कार्य प्रभावित होता है। विटामिन डी की कमी को चिकित्सकीय रूप से न्यूरोलॉजिकल रोगों और न्यूरोसाइकोलॉजिकल विकारों, संज्ञानात्मक हानि और न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों से जोड़ा गया है।
शोध अध्ययनों ने एक न्यूरोस्टेरॉइड के रूप में विटामिन डी के कार्य की पुष्टि की है जो मस्तिष्क के सामान्य कामकाज के लिए महत्वपूर्ण है। इस विटामिन के निम्न स्तर से मल्टीपल स्केलेरोसिस, अल्जाइमर रोग, पार्किंसंस रोग और तंत्रिका संबंधी विकार जैसी न्यूरोडीजेनेरेटिव स्थितियां हो सकती हैं।
अध्ययनों ने विटामिन डी को अवसाद से भी जोड़ा है। जर्नल ऑफ डायबिटीज रिसर्च में प्रकाशित 2017 के एक शोध अध्ययन में पाया गया था कि विटामिन डी सप्लीमेंट ने वास्तव में टाइप 2 मधुमेह वाली महिलाओं में मूड में सुधार किया था।
