Kwas, w którego cząsteczce znajdują się jeszcze wolne miejsca do przyłączenia atomów wodoru, określamy jako kwas nienasycony. W takim przypadku atomy węgla, każdy z przyłączonym tylko jednym atomem wodoru, tworzą między sobą podwójne wiązania. Jeśli cząsteczka zawiera tylko jedno wiązanie podwójne między atomami węgla, mówimy o prostych kwasach jednonienasyconych. Jeśli występują dwa lub więcej wiązań podwójnych, mówimy odpowiednio o kwasach dwu- lub wielonie-nasyconych.
Kwasy nienasycone występują w olejach roślinnych. Jednonienasycony kwas olejowy występuje w stężeniu 75-85% w oliwie z oliwek, a w ponad 80% w oleju makadamia, a także jako wolny kwas w łoju skórnym. Stosowany jest do produkcji mydeł i środków powierzchniowo czynnych.
Dwunienasycony kwas linolowy wchodzi w skład wielu olejów roślinnych, między innymi słonecznikowego, z pestek winogron, sojowego i innych. Pochodne kwasu linolowego dodane do kremów hamują utratę wody z naskórka i regulują czynność gruczołów łojowych. Ze względu na właściwości pielęgnujące dodawany jest do kremów dla skóry szorstkiej i popękanej.
W zależności od miejsca, w którym znajdują się podwójne wiązania, wyróżniamy dwa trójnienasycone kwasy linolenowe: a-linolenowy, występujący np. w oleju lnianym i kukui, oraz znacznie cenniejszy linolenowy występujący w oleju z ogórecznika, wiesiołka i czarnej porzeczki.
Im więcej cząsteczka kwasu zawiera wiązań podwójnych, tym szybciej olej się utlenia. Oznacza to, że oleje o takich właściwościach jełczeją pod wpływem tlenu z powietrza. Dlatego preparaty kosmetyczne o dużej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych muszą być dobrze konserwowane, aby się nie psuły.
Niektóre spośród nienasyconych kwasów tłuszczowych są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu, dlatego nazywa się je niezbędnymi nienasyconymi kwasami tłuszczowymi (NNKT). Podobnie jak witaminy, nie są wytwarzane przez organizm i muszą być dostarczane z pożywieniem, dlatego określa się je często mianem witaminy F (potocznie). Niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe są składnikiem wszystkich błon komórkowych. Zapewniają im przepuszczalność i elastyczność. Jako prekursory biorą udział w wielu procesach przemiany materii komórki.