Een orthomoleculaire behandelwijze is een alternatieve behandelwijze die zich richt op het uitbouwen en behouden van een optimale gezondheid door voeding en het gebruik van supplementen. Er is geen enkel bewijs voor de werkzaamheid van de behandeling, de onderliggende aannamen missen plausibiliteit, en de behandelwijze wordt door de medische wetenschap dan ook als kwakzalverij beschouwd. Het is bovendien niet zonder gevaren.

Uitgangspunten
Twee belangrijke uitgangspunten van orthomoleculaire behandelwijzen zijn de volgende:
Vitamines kunnen gebruikt worden bij de behandeling van een grote reeks condities die niet beschouwd worden als deficiëntieziekten. Dit in tegenstelling tot het huidige paradigma, waarin vitamines enkel worden gebruikt om klassieke deficiëntieziektes te voorkomen.
Er worden zogenoemde 'optimale' doseringen gebruikt, die aanmerkelijk hoger liggen dan die aanbevolen worden volgens het huidige paradigma, waarbij vitamines enkel nodig zijn ter preventie van deficiëntieziekten. Omdat in de orthomoleculaire visie vaak hoge doseringen vitamines nodig zijn, wordt in de orthomoleculaire behandelwijzen veel gebruikgemaakt van voedingssupplementen.

Orthomoleculaire behandelaars gaan ervan uit dat voedingsstoffen beter in de stofwisseling passen dan geneesmiddelen. Het argument hiervoor is dat het lichaam in de loop van de evolutie met voedingstoffen vertrouwd is geraakt, iets dat niet geldt voor de geneesmiddelen, die door de farmaceutische industrie zijn ontwikkeld. De orthomoleculaire leer gaat overigens niet voorbij aan het belangrijke adagium van de toxicologie dat alle stoffen per definitie schadelijk kunnen zijn, afhankelijk van onder meer dosis, concentratie, toedieningsweg en fysische toestand. Dit is een gegeven waar iedere geneeskundige altijd rekening mee moet houden.

Orthomoleculaire behandelaars hebben een heel eigen standpunt inzake milieuverontreiniging. Vervuiling van lucht, water en grond zouden resulteren in een toxische belasting van het lichaam, waardoor volgens orthomoleculaire therapeuten meer behoefte bestaat aan bepaalde voedingsstoffen. Bijvoorbeeld bij stapeling van hormoonverstorende stoffen zoals pcb's, zou het zin hebben het lichaam nader te ondersteunen. Door kunstmest zou vrijwel alle zink uit de bodem zijn verdwenen, dus hoe goed het ook is om veel verse groente te eten, of iemand daarmee ook voldoende zink binnenkrijgt, is volgens hen de vraag.

Een aanvullend idee van de orthomoleculaire behandelwijzen is dat er verschil gemaakt kan worden tussen lichaamseigen stoffen, die het lichaam "ondersteunen" en het lichaamseigen natuurlijke genezingsproces stimuleren versus lichaamsvreemde stoffen, die een afweerreactie van het lichaam zouden oproepen.

Geclaimde succesverhalen
Van een aantal verbindingen is gerapporteerd dat ze bij verschillende aandoeningen een gunstig effect zouden kunnen hebben:

S-Adenosylmethionine (SAMe) is een aminozuur dat in hoge doseringen antidepressieve eigenschappen zou hebben. Let wel: deze claim staat niet op zichzelf, maar binnen een behandelcontext, niet iedere depressie is orthomoleculair hetzelfde. Ook is het niet verstandig SAMe te slikken als er te veel homocysteine of onvoldoende B6 in het lichaam aanwezig is.
Glucosaminesulfaat is in 2005 als geneesmiddel geregistreerd ter verlichting van symptomen van artrose van de knie, ondanks de volgens de registratiecommissie 'zwakke bewijsvoering'. Uit onderzoek blijkt echter dat de combinatie chondroitinesulfaat en glucosamine niet werkt. Het heeft geen beter effect op de progressie van de artrose dan een placebo.[bron?] Glucosamine is ook als voedingssupplement op de markt.
Alfa-liponzuur is een zwavelhoudend anti-oxidant die in de voeding in zeer kleine hoeveelheid voorkomt, en dan vooral in orgaanvlees. Het zou de bloed-hersenbarrière kunnen beschermen en zo een positieve werking hebben bij multiple sclerose. Het is oplosbaar in vet en water en recycleert daarbij ook vitamines C en E, Q10 en gluthatione. Het wordt ook door vele zorgkundigen ingezet om zenuwschade door diabetes tegen te gaan door onder andere de bloedsuikerspiegel te verlagen. Berberine wordt vooral geïsoleerd uit de planten families Berberis en Coptis en wordt al eeuwen ingezet in de Chinese Geneeskunde door zijn anti-microbieel, anti-parasitaire en anti-virale werking. Het wordt ook bij ons gebruikt om longschade bij bestraling tegen te gaan en de efficiëntie van die bestraling te verhogen, maar is vooral gekend om zijn cholesterol verlagende werking en het verlagen van bloedsuikerspiegel door insulinegevoeligheid te verhogen. In efficiëntie bewezen te vergelijken met reguliere medicatie als Metformine.