Reage com a acetil coenzima A e atua como precursor do neurotransmissor acetilcolina e da fofatidilcolina, que é um fosfolipídio estrutural de membrana celular importante para a transmissão do impulso nervoso. Funciona como única fonte de doação de grupos metil prontamente ativa, permitindo a síntese de compostos chave no metabolismo proteico e energético, necessária para a síntese de lipoproteínas. Responsável pelo transporte de gordura do fígado para outros tecidos, o que impede o acúmulo de lipídios no órgão.

Hidroxilada no rim em 1,25 dihidrocolecalciferol, é responsavel por facilitar a mobilização, transporte, absorção e uso de cálcio e fósforo, juntamente com ações de hormônios paratireoidianos e calcitonina.

Coenzima que cataliza reações de descarboxilação oxidativa: piruvato desidrogenase no metabolismo de carboidratos; α-cetoglutarato desidrogenase no ciclo do ácido cítrico e α-cetoácido desidrogenase de aminoácidos de cadeia ramificada; coenzima para a trancetolase na via das pentose-fosfato.

Componente da coenzima A, da acil CoA sintetase e da proteína transportadora de grupo pós acil-ACP, atuando na transferência de unidades acil em várias reações no metabolismo de lipídios, carboidratos e proteínas. Participando da síntese e oxidação de ácidos graxos, reações do ciclo do ácido cítrico, acetilações e síntese do colesterol.

As sínteses enzimáticas que contêm colina são o acetil-CoA carboxilase, propionil CoaA carboxilase e piruvato carboxilase. As funções metabólicas dessa vitamina incluem síntese de ácidos graxos, oxidação de compostos geradores de energia, síntese de purinas e desaminação de alguns aminoácidos, além de estar envolvida na interconversão de piruvato em oxalacetato, succionato em propionato e conversão de malato a piruvato.