Süßstoffe unterscheiden sich von Polyolen und Zucker durch ihre extreme Süßkraft. Größtenteils sind sie um ein Hundert- bis Tausendfaches süßer als Haushaltszucker. Zudem erzeugen sie keine Energie im Körper. Der Kaloriengehalt von Polyolen ist dagegen zum Teil nicht viel kleiner als bei Zucker. Zu ihren positiven Eigenschaften gehört zudem ihre Haltbarkeit, was sie für die Lebensmittelindustrie praktikabel macht. Seit Jahrzehnten werden sie als Zusatzstoffe für viele Arten von Lebensmitteln und in Zahnpasta verwendet. In Tablettenform sind sie vor allem als Süßungsmittel für Kaffee bekannt.
Bei einem Experiment mit Teer entdeckte der Forscher Constantin Fahlberg 1897 durch Zufall eine süße Substanz, die heute als Saccharin bekannt ist und in Europa als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen ist. Aufgrund des synthetischen Geschmacks ab einer bestimmten Menge wird die Zutat häufig mit anderen Stoffen kombiniert. Seit ihrer Markteinführung in den Vereinigten Staaten Anfang des 20. Jahrhunderts haben sich Forscher und Unternehmen über die Gesundheitsrisiken gestritten. Mehrmals wurde Saccharin vom Markt genommen und wieder eingeführt. Bei Studien mit Menschen wurden jedoch keine toxischen Wirkungen erkannt.
Ähnlich verhält es sich bei den Salzverbindungen, die in der Europäischen Union mit der Nummer E-952 gekennzeichnet werden: Cyclamat ist seit 1970 in den Vereinigten Staaten verboten. In Europa wird es mit einer Höchstmenge von bis zu sieben Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht auf Verpackungen gekennzeichnet. Als Zutat bildet Cyclamat die Grundlage von Tafelsüße für Menschen mit Diabetes. Es wird aber auch vielen anderen Produkten beigefügt, zum Beispiel Fruchtkonserven, Getränken und Arzneimitteln. Cyclamat ist bis zu 50-mal so süß wie Zucker. Im Vergleich zu anderen Süßstoffen hat es damit die geringste geschmackliche Intensität.
Ein anderer umstrittener Zusatzstoff für Lebensmittel ist Aspartam, das vor allem für Kaugummis und Getränke verwendet wird. Der in den Vereinigten Staaten als NutraSweet bekannte Süßstoff besteht aus natürlichen Aminosäuren und wird vom menschlichen Organismus verdaut. Aspartam wird mit einigen Nebenwirkungen in Verbindung gebracht. Dazu zählen Blutblättchenmangel, Kopfschmerzen, Schwindel und Stimmungsschwankungen. Aufgrund des Bausteins Phenylalanin kann es für Menschen gefährlich sein, die aufgrund einer Stoffwechselkrankheit diese Aminosäure nicht vertragen. In den letzten Jahren wurden Studien mit Empfehlungen veröffentlicht, die in Europa empfohlene Tagesdosis von 40 Milligramm je Kilogramm Körpergewicht herunterzusetzen. Das italienische Forschungsinstitut Ramazzini in Bologna kam in einer Langzeitstudie mit Ratten und Mäusen zu dem Resultat einer krebsauslösenden Wirkung. Die Europäische Lebensmittelkommission lehnte vorerst eine Neubewertung von Aspartam ab. Zur Begründung hieß es unter anderem: Die Studie entspräche nicht dem internationalen wissenschaftlichen Standard, da Tiere, die über 104 Wochen getestet werden, altersbedingt anfälliger wären. Auf Drängen des Europäischen Parlaments wurde trotzdem eine Neubewertung vorgezogen, deren Ergebnisse noch ausstehen.
Immer wieder werden neue Zuckerersatzstoffe geprüft und auf den Markt gebracht. Seit 1990 wird Acesulfam in Deutschland als Lebensmittelzusatz geführt. In den letzten Jahren kamen mehr dazu, wie zum Beispiel die seit 2003 zugelassenen Verbindungen Aspartam-Acesulfam und Sucralose. Durch die nicht relevante Menge an Kalorien kommen Süßstoffe für Ernährungen im Rahmen einer Diät in Frage. Als Nahrungsmittel sind sie nicht geeignet. Die meisten Süßstoffe werden vom Körper unverdaut ausgeschieden.