אסונות טבע (בצורת, שיטפונות) או מעשה ידי אדם (מלחמות) גורמים לאוכלוסיות לסבול מרעב. במקרים אלה הרכב המזון , בדרך כלל, הוא דל בשומן ובחלבון ומכיל אחוז גבוה של פחמימות: חלק מהפחמימות, כגון תאית, אינן מתעכלות.

רעב יכול לנבוע גם מאנורקסיה (anorexia) או ממחלות הגורמות לספיגה לקויה של רכיבי מזון מצינור העיכול לדם או להפרעות בקליטת הרכיבים מהדם לתאים.

ללא תלות בגורם, תהליך הרעב מורכב משלושה שלבים עיקריים. שני השלבים הראשונים מתרחשים גם בתקופות קצרות של צום ותזונה בתפריט דל קלוריות. השלב השלישי והאחרון מתרחש רק בתקופות של הרעבה מתמשכת ויכול להסתיים במוות.

בשלב הראשון ירידה בריכוז הגלוקוז בדם גורמת להפעלה של תאי הלבלב להפריש גלוקגון. הגלוקגון מגביר את פירוק רקמת השומן, פירוק הגליקוגן בכבד ואת תהליך הייצור של גלוקוז מחומצות אמיניות. כתגובה לכך ריכוז הגלוקוז בדם נשמר קבוע (כ-70 מ"ג ל-100 סמ"ק דם).

בשלב השני מופקת אנרגיה בעיקר מחומצות שומן ולא מגלוקוז. פירוק החלבונים נמשך.

בשלב השלישי החלבון משמש כמקור עיקרי של אנרגיה. תחילה מנוצל החלבון בשרירים והם מתדלדלים. בהמשך, חלבונים חיוניים לתפקוד תקין של תאי הגוף מתפרקים. במקביל, משקלו של הרעב יורד, השרירים מתדלדלים, הפרשת בלוטות העיכול פוחתת, פעולת המעיים מתמעטת, הפרשת השתן פוחתת. היעלמותה של רקמת השומן גורמת להתהוות קמטים בעור. ההתענינות בענייני החיים נעלמת. הגוף מקיים רק את התיפקודים המינימאליים והחיוניים להישרדות.