芝麻的含油量为45%～54%，蛋白质含量为22%～25%。芝麻富含亚油酸、维生素E 、维生素A 、维生素B1、维生素B2和钙、磷等矿物质。具有护肝、补肾、润肠、软化皮肤、滋补养血、调经、润滑、利尿、缓泻、安神的功效，在中医药上被用于辅助治疗慢性便秘、耳鸣、 脱发、口角溃疡和齿眼炎、贫血、头昏眼花、偏头痛、视力减退、骨质疏松、烧伤烫伤等。芝麻粕是芝麻榨油后的副产物，将其通过溶剂浸出法脱脂后的产物则称为脱脂芝麻粕粉。脱脂芝麻粕的主要成分是芝麻蛋白质，因此芝麻粕的深加工实际上就是对芝麻蛋白质的深加工。芝麻蛋白质主要由α-球蛋白组成，约占80%，其等电点为pH3.8～4.0 。用稀碱溶液溶解芝麻蛋白，然后调节pH值使其沉淀，获得芝麻分离蛋白；将芝麻分离蛋白用蛋白酶水解，获得水解芝麻蛋白。
芝麻油中含有芝麻木脂素类，芝麻木脂素类包括芝麻素、表芝麻素、芝麻素酚、芝麻林素以及芝麻酚。其中以芝麻素和芝麻林素为主，前者含量为0.2%～0.5%，后者含量约为0.1%～0.3%, 其余几种含量极微。芝麻素为白色针状晶体，熔点120～121℃，[a ]20D=一56 0 ( CHCl3) ，特征紫外吸收峰分别是287nm 和236nm , 是芝麻油的主要稳定性物质。研究发现，含油率高达55%的白芝麻油中芝麻素含量最高，而含油率仅是44.6%的黑芝麻油中芝麻素含量最低。