Een bitterstof is een stof met een bittere smaak. Bitterstoffen bevorderen de uitscheiding van maagzuur en gal en bevorderen daardoor de eetlust en de spijsvertering. Enkele bitterstoffen zoals cafeïne, theobromine en andere psychoactieve stoffen hebben als bijzondere eigenschap dat ze de bloed-hersenbarrière kunnen passeren.
In middeleeuwse recepten van Hildegard van Bingen en in die van de latere Leonhart Fuchs werden inheemse, bittere kruiden gebruikt voor de bevordering en regulering van de spijsvertering.
Groenten bevatten vroeger veel meer bitterstoffen dan tegenwoordig. Zo waren er geen bitterstofvrije komkommers en waren wortelen en aubergines bitterder. Ook witlof bevatte vroeger veel meer bitterstoffen dan nu.