经研究，商南芝麻含脂肪油可达60%，油中含油酸、亚油酸、棕榈酸、花生酸、廿四酸、廿二酸等的甘油酯；及芝麻素、芝麻林素、芝麻酚、维生素A、维生素D、维生素E、叶酸、烟酸、蔗糖、戊聚糖、蛋白质、卵磷酯、磷、铁、多量的钙等。
　　
　　芝麻可降低血糖，增加肝脏及肌肉中糖元含量，但大量则降低糖元含量。芝麻有致泻作用，榨油后的饼对家畜有毒，可引起绞痛、震颤、呼吸困难、胀气、咳嗽等现象。小牛喂食过多的黑脂麻则发生湿疹、脱毛及瘙痒。
　　
　　芝麻中含较多的蛋白质、脂肪、钙、磷、铁，并且还含有脂溶性维生素A、维生素D、维生素E等，古代文献记载芝麻能填精益髓、补血扶嬴，均与其营养成份有关。此外，芝麻所含的脂肪中，大部份为不饱和脂肪酸，这对老年人有重要意义，因此古人有食用芝麻能“延年”之说。