水分是牛奶中主要組成部分，約佔85％以上。水內溶解有，有機物、無機鹽類、氣體。

牛奶的脂肪以微細的球狀或乳濁液分散在奶中，是牛奶中重要成分之一。含量一般在3％-5％之間。

牛奶中含有3種磷脂，即卵磷脂、腦磷脂和神經磷脂，平均含量0.072％-0.086％，另含膽固醇0.05％。

乳糖是哺乳動物乳腺特有的產物，在動物的其他器官中不存在。乳糖是一種雙糖，約佔牛奶的4.5％，佔幹物質的38％左右，水解時生成葡萄糖和半乳糖。

牛奶中含有3種主要的蛋白質，其中酪蛋白的含量最多，約佔總蛋白量的83％，乳白蛋白佔13％左右，乳球蛋白和少量的脂肪球膜蛋白約佔4％左右。乳白蛋白中含有營養所必需的各種氨基酸，是一種全價蛋白。 牛奶中存有各種酶，如過氧化物酶、還原酶、解脂酶、乳糖酶等。

牛奶中含有人體營養所必需的各種維生素。

牛乳中的礦物質大部分與有機酸結合，而以可溶性的鹽類形式存在。其中最主要的以無機磷酸鹽及有機檸檬酸鹽的狀態存在。鈣、鎂、磷除了一部分呈溶液狀態外，一部分則以懸濁狀分散在乳中，將牛乳乾燥到恆定所得的殘餘物，叫做乳的幹物質，牛乳的幹物質總量約為鮮乳的11％～14％。