Laktoza jest disacharydem utworzonym przez połączenie cząsteczki glukozy i cząsteczki galaktozy. W szczególności dotyczy to β-D-galaktopiranozylu i D-glukopiranozy (oba anomery glukozy, α lub ß, mogą tworzyć laktozę) połączonych odpowiednio przy węglach 1 i 4. Podczas tworzenia wiązania między dwoma monosacharydami uwalniana jest cząsteczka wody. Dodatkowo związek ten posiada hemiacetaliczny hydroksyl, który daje reakcję Benedicta, czyli jest redukcyjny.
Laktoza jest również nazywana cukrem mlecznym, ponieważ występuje w mleku ssaków płci żeńskiej w proporcji od 4 do 5 procent. Mleko wielbłąda, na przykład, jest bogate w laktozę. Obecność enzymu laktazy jest niezbędna do prawidłowego wchłaniania laktozy.
Krystalizuje się z cząsteczką wody hydratacyjnej, dlatego jej wzór to: C12H22O11-H2O, który może być również nazywany monohydratem laktozy. Masa molowa laktozowego monohydratu wynosi 360,32 g/mol. Masa molowa bezwodnej laktozy wynosi 342.30 g/mol.
Metabolizm laktozy był szeroko badany w bakteriach kwasu mlekowego ze względu na znaczenie gospodarcze produktów, takich jak ser i jogurt, które są produkowane przez fermentację laktozy obecnej w mleku. Laktoza może być transportowana przez układ fosfotransferazy trzech cukrów i metabolizowana szlakiem tagatozy-6-fosforanu lub alternatywnie przez permeazę i metabolizowana szlakiem Leloir.
Laktoza wspomaga wchłanianie wapnia, umożliwiając prawidłową mineralizację dziąseł, a także ma działanie prebiotyczne, korzystnie wpływające na florę jelitową.
Gdy organizm nie jest w stanie prawidłowo przyswoić laktozy i w zależności od spożywanej ilości, mogą pojawić się różne objawy nietolerancji (nietolerancji laktozy), takie jak: bóle brzucha, wzdęcia, fochy, a nawet zaparcia i wymioty. Spożywanie produktów mlecznych przez osoby z nietolerancją laktozy nie powoduje jednak uszkodzenia przewodu pokarmowego, a ogranicza się do tych przejściowych objawów. Duża część osób, które uważają, że nie tolerują laktozy, w rzeczywistości nie ma zaburzeń wchłaniania laktozy, ale ich objawy wynikają z obecności niezdiagnozowanych chorób (takich jak celiakia, nieswoiste zapalenie jelit lub nadkażenie bakteryjne) lub alergii na mleko, szczególnie trudnej do zdiagnozowania, gdy nie jest ona mediowana przez IgE. Osoby zdrowe (bez chorób jelita cienkiego) z pierwotnym lub trwałym defektem laktazy są w stanie spożywać nawet 12 g laktozy na posiłek (ilość zawarta w jednej filiżance mleka) bez odczuwania żadnych lub tylko łagodnych objawów, a tolerancja ta poprawia się, jeśli mleko jest spożywane razem z posiłkami, poprzez wybór mleka o niskiej zawartości laktozy, zastąpienie mleka jogurtem lub serami twarogowymi, lub przyjmowanie suplementów laktazy. Ponadto regularne spożywanie pokarmów mlecznych przez osoby z pierwotnym niedoborem laktazy może prowadzić do korzystnej adaptacji bakterii jelita grubego, które mogą wspomagać rozkład laktozy, co skutkuje stopniową tolerancją i kalcemią na laktozę.