1、脂肪酸——芝麻含油量非常豐富，黑芝麻含油量可達50%左右，有研究發現黑芝麻油脂含有的脂肪酸達20種以上，其中不飽和脂肪酸約佔80%。Ve含量為植物食品之冠。在這些不飽和脂肪酸中，多不飽和脂肪酸的亞油酸和單不飽和脂肪酸的油酸又約各佔一半左右。
2、蛋白質——黑芝麻的營養成分中，蛋白質含量平均為20%左右。黑芝麻蛋白質構成氨基酸全面，含有人體所需的全部八種必需氨基酸。黑芝麻蛋白中還存在一些具有特殊活性的抗菌蛋白，如BS-P2蛋白等。
3、維生素——每百克黑芝麻中含維生素E高達約50毫克。維生素E具有非常好的抗氧化能力。
4、礦物質和微量元素——黑芝麻含有豐富的礦物質和微量元素，尤其是鈣含量非常豐富，每百克黑芝麻中含鈣接近800毫克，這比被人們熟知的補鈣佳品牛奶還要高，因為每百克牛奶中鈣含量也才200毫克左右。黑芝麻中鉀多鈉少，兩者含量比例約為40:1，這對於控制血壓和保持心臟健康非常重要。黑芝麻含鎂也十分豐富。5、芝麻木脂素——芝麻木脂素是芝麻主要的生物活性物質。木脂素(木酚素)是植物中存在的一類植物雌激素，因在植物的木質部和樹脂中發現較早且分佈較多而得名。芝麻木脂素中包括多種成分，以芝麻素和芝麻林素為主，其中芝麻素佔芝麻木脂素總含量的一半以上。
6、芝麻黑色素——天然色素由於具有安全無毒的性質，日益受到人們的關注，在已開發的天然色素中，紅色、黃色、綠色等品種較多，藍色較少，黑色則極為稀缺。黑芝麻黑色素，簡稱芝黑素，作為生物大分子，主要包括分子量較大的芝黑素Ⅰ和分子量較小的芝黑素Ⅱ，兩者均屬於水溶性兒茶酚型天然黑色素。
