组成人体蛋白质的氨基酸有20种，其中有8种是人体本身不能合成的(婴儿为9种，比成人多的是组氨酸）。我们进食的蛋白质中如果包含了所有的氨基酸，这种蛋白质便叫作全蛋白。牛奶中的蛋白质便是全蛋白。
牛奶中的无机盐也称矿物质。牛奶中含有Ca2?、Mg2?、K?、Fe3?等阳离子和PO?3?、SO?2?、Cl?等阴离子；此外还有微量元素I、Cu、Zn、Mn等。大自然中的钙是以化合态存在的，只有被动、植物吸收后形成具有生物活性的钙，才能更好地被人体所吸收利用。牛奶中含有丰富的活性钙，是人类好的钙源之一，1升新鲜牛奶所含活性钙约1250毫克，约是大米的101倍、瘦牛肉的75倍、瘦猪 肉的110倍，它不但含量高，而且中的乳糖能促进人体肠壁对钙的吸收，吸收率高达98%，从而调节体内钙的代谢，维持血清钙浓度，增进骨骼的钙化。吸收好对于补钙是尤其关键的。故“牛奶能补钙”这一说法是有其科学道理的。
牛乳的化学组成，因牛的种类、年龄、饲养方法、采乳时间， 生活及健康状况、气温等不同而各异。每100 g 牛乳含硫胺素0.04 mg，核黄素0.13 mg，尼克酸0.2 mg，抗坏血酸1 mg，维生素A140 IU。牛乳中的蛋白质主要是含磷蛋白质，也含白蛋白及球蛋白。此三种蛋白质都含全部氨基酸。牛乳的脂肪主要是棕榈酸、硬脂酸的甘油酯， 也含少量低级脂肪酸如丁酸、己酸、辛酸等。此外，还含少量卵磷脂、胆甾醇、色素等。
对于中老年人来说，牛奶还有一大好处，就是，与许多动物性蛋白胆固醇较高相比，牛奶中胆固醇的含量较低，（牛奶：13毫克/100克；瘦肉：77毫克/100克）。值得一提的是，牛奶中某些成份还能抑 制肝脏制造胆固醇的数量，使得牛奶还有降低胆固醇的作用。