牛奶中的主要成分包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素和无机盐。蛋白质含量约为3.5%，主要包括酪蛋白、乳白蛋白和乳球蛋白，这些蛋白质不仅含有全部必需氨基酸，消化率也较高，接近鸡蛋蛋白，消化率为96.1%。
脂肪含量在3.4%-3.8%之间，呈微细颗粒高度分散，易于消化吸收，消化率高达97%。脂肪主要由棕榈酸和硬脂酸构成，占40%，短链脂肪酸如丁酸和己酸占9.0%，油酸占30%，而亚油酸和亚麻酸仅占3.0%。
碳水化合物的主要成分是乳糖，含量为4.6%-4.7%，低于人奶中的乳糖含量。牛奶喂养婴儿时，可适当稀释并添加适量蔗糖，以确保充足的热量和与人奶相当的甜度。
维生素的含量与牛的饲料有关，如夏季奶牛吃青草多，牛奶中的维生素A含量较高。每100g牛奶含核黄素160μg，硫胺素45μg。牛奶中的维生素C和维生素D含量较低，因此婴儿以牛奶为主食时，需要补充维生素C和维生素D。
无机盐含量约为0.7%-0.75%，尤其富含钙、磷、钾。1L牛奶可提供1g钙，钙与磷的比值为1.2:1，接近人奶（人奶为1:1），消化吸收率高，能有效满足婴儿对钙的需求。
牛奶中铁含量较低，仅为0.2mg/100g，约为人奶的1/5，婴儿以牛奶为主食时，需添加富含铁和维生素C的食品，如蛋黄、猪肝泥和青菜泥等，以补充铁质。
此外，牛奶中还含有铜、锌、锰、碘等微量元素，对人体健康有益。这些营养成分共同作用，使得牛奶成为婴儿及成人健康饮食的重要组成部分。
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