Aproximadamente el 80% del grano está compuesto por carbohidratos. Únicamente del 3 al 5% de estos carbohidratos son estructurales, conformado por la fracción fibrosa. El resto es material de reserva constituido principalmente por el almidón. El almidón se almacena en gránulos dentro de las células del endospermo. Las moléculas del almidón son polímeros de glucosa unidos por enlaces glucosidicos alfa 1-4 y 1-6. Está conformado por moléculas de amilopectina y amilosa. El grano de almidón es insoluble en agua fría. Cuando se calienta con agua, la absorbe, se hincha y revienta.

Los polímeros del almidón forman círculos concéntricos dentro de los gránulos de almacenamiento. El almidón, en la mayoría de los cereales, contiene aproximadamente 75% de amilopectina y 25% de amilosa. Algunos cereales como el maíz, el arroz, la cebada y el sorgo han sido modificados genéticamente para producir almidón con 95-100% de amilopectina. A estos cereales se les denomina cerosos. Estos granos y almidones tienen usos especiales en la industria.

Los cereales maduros tienen pequeñas cantidades (aproximadamente 2%) de monosacáridos, disacáridos y oligosacaridos. La mayoría de estos azucares solubles se localizan en el germen. La fructuosa, la glucosa y sacarosa (fructosa-glucosa) son los principales carbohidratos solubles. La cantidad de azucares sencillos aumenta considerablemente cuan el grano es sometido a procesos de malteado o germinado dado a la hidrólisis del almidón que produce, entre otros azucares, maltosa y glucosa.

La fibra dietética se clasifica en soluble e insoluble. La composición y naturaleza de cada una es distinta y ejerce diferentes efectos en la digestión y en el metabolismo. La fracción insoluble está formada básicamente por celulosa  y hemicelulosa. Estas entidades químicas se localizan principalmente en las envolturas del grano (lema y palea) y en el pericarpio.

La fibra dietética solubel se conforma por B-glucanes y pentosanes. Los b-glucanes son polímeros de glucopiranosil unidos por enlace 1.4 o 1-3. Estos polisacáridos se encuentran principalmente en las paredes celulares. Los pentosanes tienen estructura similar a la hemicelulosa y se conforman por pentosas como la arabinosa y la xilosa. Los B-glucanes y pentosanes tienen la propiedad de ligar agua, por lo que se les denomina comúnmente gomas.

Los cereales se consideran la principal fuente de fibra dietética. El residuo, llamado fibra dietética, se compone de fibra soluble e insoluble más proteína y carbohidratos indigestibles (almidón residual) que están asociados con la fibra.