En una dieta baja en carbohidratos el cuerpo primero consume la glucosa disponible en la sangre y luego agota las reservas de glucógeno en el hígado. Si la baja ingesta de carbohidratos se debe a inanición; entonces, después del agotamiento de la glucosa, el cuerpo empieza a romper las proteínas de los músculos. Este desglose incluiría el corazón (el músculo cardíaco es un tipo especializado de tejido muscular) lo que conduce a arritmias y/o paro cardíaco. La degradación de las proteínas libera aminoácidos que luego son transformados en glucosa por el hígado. Sin embargo, en presencia de reservas de grasa, el cuerpo utiliza los mismos como una fuente alternativa de combustible en lugar de consumir la proteína en los músculos.

El cerebro comprende 2% de nuestra masa corporal, pero al mismo tiempo utiliza un 20% de nuestra energía. La mayor parte de la energía proviene de la glucosa, usando 100-120 gramos de glucosa por día. Aproximadamente 25% del consumo total de la glucosa corporal se realiza en el cerebro. Los ácidos grasos por sí mismos no pueden ser utilizados como fuente de combustible, tienen que someterse a un proceso llamado oxidación. Las moléculas resultantes de este proceso oxidativo se conocen como cuerpos cetónicos y se producen en el hígado. Los cuerpos cetónicos incluyen ácido beta-hidroxibutírico, ácido acetoacético y acetona. Ya que dos de los cuerpos cetónicos son ácidos, la acumulación de cuerpos cetónicos producen una acidosis metabólica que se refiere como cetoacidosis. Estas cetonas pueden cruzar la barrera de la sangre del cerebro y alimentar el mismo.

La cetosis se establece por lo general cuando se sigue por 3 a 7 días una dieta baja en carbohidratos y cantidades moderadas de proteína (aproximadamente 100 gramos por día). Este tipo de dietase ha demostrado ser segura y eficaz en el tratamiento del síndrome metabólico y diabetes mellitus tipo 2. A menudo se implementa como parte de la intervención prequirúrgica para la obesidad mórbida especialmente en sujetos que tienen hígados grasos. Además, algunos tipos de cáncer son dependientes de la glucosa y/o sensible a la insulina, evitando así el metabolismo de la glucosa y la reducción de los niveles de insulina puede ser beneficioso en reducir o incluso eliminar el tumor subyacente. Se están haciendo en la actualidad estudios prospectivos humanos para evaluar las dietas de carbohidratos en el tratamiento y la prevención de algunos tipos de cáncer (ver ensayo clínico del Instituto Nacional del Cáncer: http://1.usa.gov/1vV3HW5).

El factor importante en si o no una dieta alta en grasa es cetogénica es la ingesta total de carbohidratos. Las dietas bajas en carbohidratos pueden permiten hasta 50 gramos por día en el adulto. En la dieta cetogénica se limita severamente la ingesta de carbohidratos por día a menos de 20 gramos. A modo de ejemplo, una rebanada de pan tiene 15 gramos y media taza de verduras tiene 5 gramos. En una dieta cetogénica esta sería su única fuente de carbohidratos por todo el día.

Al contrario de la dieta cetogénica otras dietas bajas en carbohidratos (por ejemplo, Atkins) no tienen ninguna restricción de líquidos o calorías. La ingesta de grasas se recomienda pero no hay ninguna restricción en las proteínas. Algunos aminoácidos en las proteínas se pueden convertir en glucosa por un proceso conocido como gluconeogénesis. Dado a que la glucosa puede ser producida a partir de la proteína en la dieta, esta fuente de carbohidratos  está restringida en la dieta cetogénica. La proteína se proporciona sólo en cantidades suficientes para el crecimiento y reparación del cuerpo. La relación tradicional de grasa a la proteína y carbohidratos combinado es de 4: 1.

Una reducción moderada en la cantidad de carbohidratos en su dieta puede ser beneficiosa para su salud, pero la misma puede no ser considerada como cetogénica. Además, las dietas bajas en carbohidratos no supervisadas pueden tener efectos secundarios, como un aumento en los niveles séricos de ácido úrico, un mayor riesgo de desarrollar cálculos renales, causando arritmias cardiacas, acidosis, y empeorar problemas renales preexistentes. A veces, un agotamiento de glucógeno en los músculos y el hígado pueden hacer que se sienta cansado y alterar el equilibrio de calcio (no hay leche o productos lácteos en una dieta baja en carbohidratos).

Bajo la cetosis, cuerpos cetónicos que se acumulan pueden ser eliminados en el aliento que entonces adquiere el olor a fruta de acetona. Clínicamente, la concentración de cetonas en sangre generalmente se infiere de su concentración en la orina. Es por esto que muchos diabéticos siguen su cetosis usando una varilla con productos químicos que permite medir cuerpos cetónicos en una muestra de orina.