牛乳及其制品是膳食中蛋白质、钙、磷、维生素A、维生素D和维生素B2的重要来源之一。鲜乳主要是由水、脂肪、蛋白质、乳糖、矿物质、维生素等组成的一种复杂乳胶体，其中水分含量占86% ~90% ，因此其营养素含量与其他食物比较相对较低。牛乳的比重平均为1.032，比重大小与乳中固体物质含量有关。乳的各种成分除脂肪含量变动相对较大外，其他成分基本稳定。
纯牛奶中蛋白质含量为2.8% ~3.3% ，主要由79.6% 的酪蛋白、11.5% 的乳清（白）蛋白和3.3% 的乳球蛋白组成，另有少量的其他蛋白质，如免疫球蛋白和酶等。凡20℃下于pH4.6沉淀的牛乳蛋白被称为酪蛋白。酪蛋白是一种耐热蛋白质，但可在酸性条件下沉淀，酸奶和奶酪即是以这个原理制成的。在乳中酪蛋白与钙、磷结合，形成酪蛋白胶粒，并以胶体悬浮液的状态存在于牛乳中。乳清蛋白对热不稳定，加热时发生凝固并沉淀。牛乳蛋白质消化吸收率为87% ~89% ，生物学价值为85，属优质蛋白质。
纯牛奶中的脂肪约为2.8% ~4.0% ，以微粒状的脂肪球分散在乳液中，呈很好的乳化状态，容易消化吸收，吸收率高达97% 。牛乳中的脂类主要以甘油三酯为主，少量磷脂和胆固醇。乳脂肪中脂肪酸组成复杂，油酸占30% ，亚油酸和亚麻酸分别占5.3% 和2.1% ，短链脂肪酸（如丁酸、己酸、辛酸）含量较高，约为9% ，是乳脂肪具有良好风味及易于消化的原因。
