乌骨藤含有多种C21甾体酯苷、苦绳苷、通关藤新苷、南山藤苷、肉珊瑚苷等苷及苷元类成分。乌骨藤中主含两类C21甾体化合物:一类是以通关藤苷元甲为代表的20位羰基与8位、11位羰基结合形成缩酮的笼状化合物;另一类是以通关藤苷元乙位代表的8, 14-环氧-11, 12-双酯基的化合物。这一独有的化学成分具有诱导和促使微管 (肿瘤细胞赖以分裂、扩散的甾体) 蛋白聚合, 微管装配与微管稳定的独特作用机制, 从而彻底铲除肿瘤细胞有丝分裂的原生动力。另外, 非苷类成分主要是多糖类成分和酸类成分, 其中酸类成分以绿原酸为主。绿原酸是植物中的广泛存在成分, 具有抗菌解毒, 利胆消炎的作用, 抑制致癌物DNA加合物和氧自由基的形成是其发挥抗肿瘤作用的重要机制之一。