Az immunrendszer és a védekezőmechanizmusok nem megfelelő működése révén a D-vitamin-hiány számos idegrendszeri betegség kockázatát fokozza, ezek közé tartozik a sclerosis multiplex (SM), az iszkémiás stroke, a Parkinson-kór (PD), az Alzheimer-kór (AD), a migrén és a diabéteszes neuropátia, de a D-vitamin hiánya az amyotrophiás laterális szklerózis kialakulásához és progressziójához is köthető.