В составе масла черного тмина присутствуют ненасыщенные и насыщенные жирные кислоты, фосфолипиды (46% из которых приходится на долю фосфатидилхолинов), 15 аминокислот (в т.ч. аргинин), из которых 8 – незаменимых, каротиноиды (предшественники витамина А), витамины Е, D, С, витамины группы B (B1, B2, B3, B6, B9), различные макро- и микроэлементы (калий, натрий, фосфор, кальций, марганец, железо, цинк, медь, селен, никель и др.), фитостеролы (бета-ситостерин, кампестерин, стигмастерин и др. ), флавоноиды, дубильные вещества, полисахариды и моносахариды (глюкоза, ксилоза и др.), алкалоиды, энзимы, сапонины, тритерпеновые сапонины, эфирные масла (до 1,3%).