牛奶含有豐富的礦物質、鈣、磷、鐵、鋅、銅、錳、鉬的含量都很多。最難得的是，牛奶是人體鈣的最佳來源，而且鈣磷比例非常適當，利於鈣的吸收。種類複雜，至少有100多種，主要成份有水、脂肪、磷脂、蛋白質、乳糖、無機鹽等。

每100克牛奶所含營養素如下：熱量（54.00千卡）、蛋白質（3.00克）、脂肪（3.20克）、碳水化合物（3.40克）、維生素A（24.00微克）、硫胺素（0.03毫克） 、核黃素（0.14毫克） 、尼克酸（0.10毫克）、維生素C（1.00毫克） 、維生素E（0.21毫克）、鈣（104.00毫克） 、磷（73.00毫克） 、鈉（37.20毫克）、鎂（11.00毫克） 、鐵（0.30毫克）、鋅（0.42毫克） 、硒（1.94微克） 、銅（0.02毫克）、錳（0.03毫克）、鉀（109.00毫克）、膽固醇（15.00毫克） 。

一般牛奶的主要化學成分含量如下：水分：87.5%，脂肪：3.5--4.2%，蛋白質：2.8--3.4%，乳糖：4.6-4.8%，無機鹽：0.7%左右

組成人體蛋白質的氨基酸有20種，其中有8種是人體本身不能合成的(嬰兒為9種，比成人多的是組氨酸），這些氨基酸稱為必需氨基酸。我們進食的蛋白質中如果包含了所有的必需氨基酸，這種蛋白質便叫作全蛋白。牛奶中的蛋白質便是全蛋白。

牛奶中的無機鹽也稱礦物質。牛奶中含有Ca2+、Mg2+、K+、Fe3+等陽離子和PO43-、SO42-、Cl-等陰離子；此外還有微量元素I、Cu、Zn、Mn等。大自然中的鈣是以化合態存在的，只有被動、植物吸收後形成具有生物活性的鈣，才能更好地被人體所吸收利用。牛奶中含有豐富的活性鈣，是人類最好的鈣源之一，1升新鮮牛奶所含活性鈣約1250毫克，居眾多食物之首，約是大米的101倍、瘦牛肉的75倍、瘦豬肉的110倍，它不但含量高，而且[2]中的乳糖能促進人體腸壁對鈣的吸收，吸收率高達98%，從而調節體內鈣的代謝，維持血清鈣濃度，增進骨骼的鈣化。吸收好對於補鈣是尤其關鍵的。故「牛奶能補鈣」這一說法是有其科學道理的。

牛乳的化學組成，因牛的種類、年齡、飼養方法、采乳時間， 生活及健康狀況、氣溫等不同而各異。每100 g 牛乳含硫胺素0 .04 mg，核黃素0 .13 mg，尼克酸0 .2 mg，抗壞血酸1 mg，維生素A140 IU。牛乳中的蛋白質主要是含磷蛋白質，也含白蛋白及球蛋白。此三種蛋白質都含全部必需氨基酸。牛乳的脂肪主要是棕櫚酸、硬脂酸的甘油酯， 也含少量低級脂肪酸如丁酸、己酸、辛酸等。此外，還含少量卵磷脂、膽甾醇、色素等。