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) .
牛奶的營養價值很高,牛奶中的礦物質種類也非常豐富,除了我們所熟知的鈣以外,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.
一般牛奶的主要化學成分含量：水分：87.5%，
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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,而且牛奶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.
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對於中老年人來說,牛奶還有一大好處,就是,與許多動物性蛋白膽固醇較高相比,牛奶中膽固醇的含量較低,（牛奶：13毫克/100克；瘦肉：77毫克/100克）.值得一提的是,牛奶中某些成份還能抑制肝臟製造膽固醇的數量,使得牛奶還有降低膽固醇的作用.
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 牛乳含水份約87 g ,蛋白質3 .1 g,脂肪3 .5 g ,碳水化合物6 g ,灰分0 .7 g , 鈣120 mg ,磷90 mg ,鐵0 .1 mg , 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、
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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.
