黑麥蛋白質含量約為17%，氨基酸含量普遍高於普通小麥，其中苯丙氨酸是小麥的6倍左右，色氨酸是鈣的5倍，鐵是12倍的4倍，鎂是15倍，還富含硒和碘，所以黑麥又被稱為補鈣小麥、補血小麥、富硒小麥。
黑麥的膳食纖維含量很高，約為普通小麥的3倍，居所有谷類膳食纖維之首，超過了水果和蔬菜的膳食纖維。
木脂素是構成纖維復合材料的壹種多酚化合物。黑麥中木脂素含量高，同時含有開環異落葉松樹脂酚和五臺樹脂酚，這是與普通小麥的重要區別，因為普通小麥只含有開環異落葉松樹脂酚。
阿魏酸具有很強的抗氧化活性，因為它壹方面對過氧化氫、超氧自由基、羥基自由基、過氧亞硝酸根有很強的清除作用，另壹方面可以抑制產生自由基的酶，促進抗氧化酶的產生。同時，阿魏酸還能保護體內細胞免受過氧化物，尤其是羥基自由基和壹氧化氮引起的氧化損傷。