Die einzige natürliche Quelle für HMO ist Muttermilch.

Nach Laktose und Fett bilden die HMOs den drittgrössten festen Bestandteil der Muttermilch. Sie sind eine komplexe Mischung aus unverdaulichen Kohlenhydraten und weisen eine hohe Struktur-Vielfalt auf. Es wurden bereits über 150 verschiedene HMOs identifiziert.

Die Typen und Konzentration von HMO unterscheiden sich stark zwischen den stillenden Frauen und auch im Laufe der Stillzeit. Dennoch kommen die beiden HMOs 2'-Fucosyllactose (2'-FL; fucolysiert) und Lacto-N-neotetraose (LNnT; neutral) in der menschlichen Milch in den grössten Mengen vor.
Dank des technischen Fortschrittes ist es heutzutage möglich HMOs industriell herzustellen und den Säuglingsmilchen beizufügen.

Die HMOs können den Ballaststoffen zugeordnet werden, bedeutet, dass der Säugling die HMOs nicht direkt selbst verdauen kann, sondern diese über die Darmbakterien verstoffwechselt werden. So wird das Wachstum gesunder Bakterien, wie Bifidobakterien und Milchsäurebakterien, gefördert und dadurch das Wachstum von Pathogenen unterdrückt. Die Bakterien bilden während der Verstoffwechselung von HMO kurzkettige Fettsäuren, welche das Darmmilieu dahingehend verändern, dass das Wachstum von pathogenen Keimen verringert wird.