高粱米的主要营养成分，按占干物质计，粗蛋白质9%，粗脂肪3.3%，碳水化合物85%，粗纤维1%，以及钙、磷、铁等微量元素和维生素B族。
高粱米中的蛋白质以醇溶性蛋白质为多，色氨酸、赖氨酸等人体必需的氨基酸较少，是一种不完全的蛋白质，人体不易吸收。如将其与其他粮食混合食用，则可提高营养价值。
高梁中含的脂肪及铁较大米多。
在谷物中，高粱蛋白质中赖氨酸含量最低，因而蛋白质的质量也最差;高梁的尼克酸含量也不如玉米多，但却能为人体所吸收，因此，以高粱为主食的地区很少发生“癞皮病”。
高粱米脂肪含量3%，略低于玉米，脂肪酸中饱和脂肪酸也略高，所以，脂肪熔点也略高些。亚油酸含量也较玉米稍低。高粱加工的副产品中粗脂肪含量较高。风干高粱糠的粗脂肪含量为9.5%左右，鲜高粱糠为8.6%左右。酒糟和醋渣中分别为4.2%和3.5%。子粒中粗脂肪的含量较少，仅为3.6%左右，高粱秆和高粱壳中含量也较少。
高粱米含矿物质与维生素，矿物质中钙、磷含量与玉米相当，磷约40--70%，为植酸磷。维生素中B1、B6含量与玉米相同，泛酸、烟酸、生物素含量多于玉米，但烟酸和生物素的利用率低。
据中央卫生研究院(1957)分析，每千克高粱子粒中含有硫胺素，(维生素B)1.4毫克，核黄素(维生素B)0.7毫克，尼克酸6毫克。成熟前的高粱绿叶中粗蛋白质的含量约13.5%，核黄素的含量也较丰富。高粱的子粒和茎叶中都含有一定数量的胡萝卜素。
高粱籽粒含有的丹宁，绝大部分存在于种皮和果皮中。丹宁有涩味，妨碍人体对食物的消化吸收，容易引起便秘。为了消除丹宁对人体的不良影响，碾制高粱米时，应尽量将皮层去净。食用时，可通过水浸泡及煮沸，以改善口味和减轻对人体的影响。
