蛋白質
牛奶約含3.5%的蛋白質（人奶約1.25%），而且以酪蛋白為主，其次為乳白蛋和乳球蛋白。它們都含有全部必須的氨基酸，其相對含量與雞蛋蛋白近似，消化率較高，為96.1%。酪蛋白占蛋白總量86%左右，乳白蛋白約占總蛋白量的9%，乳球蛋白占總蛋白量的3%左右，其他還有血清白、免疫球蛋白及酶等。
脂肪
牛奶中含脂肪3.4%-3.8%（人奶約含3.7%），呈微細的脂肪顆粒（直徑2-5μm）高度分散於牛奶中，故易消化吸收，其消化率達97%。脂肪的組成以飽和的棕櫚酸和硬脂酸為主，約占40%，飽和的短鏈脂肪酸如丁酸和已酸約占9.0%，不飽和的油酸占30%，亞油酸和亞麻酸僅占3.0%，其余為月桂酸和肉豆蔻酸等。
碳水化合物
牛奶中碳水化合物主要是乳糖，其含量為4.6%-4.7%，較人奶中乳糖（含量為7.0%-7.86%）少些，以牛奶餵養嬰兒時，可采用適量稀釋並酌加適當蔗糖，以保證充足的熱能，與人奶相當的甜度及蛋白質。乳糖有調節胃酸，促進胃腸蠕動和消化腺分泌，助長腸中某些乳酸菌繁殖，抑制腐敗菌生長的作用。
維生素
牛奶中維生素的含量與牛的飼料有關，夏天奶牛吃青草多，牛奶維生素A含量也較高。夏季日照長，維生素D的含量較高。每100g牛奶含核黃素160μg，硫胺素養45μg。牛奶中維生素C、維生素D含理不多，因此以牛奶為食物的嬰兒要註意維生素C、維生素D的補充或對牛奶進行強化。
無機鹽
牛奶中含有無機鹽0.7%-75%，羊奶為0.9%，而且特別富含鈣、磷、鉀。1L牛奶可提供1g鈣，且牛奶中鈣與磷的比值為1.2:1，接近人奶（人奶為1:1），消化吸收率高，故能保證嬰兒對鈣的需要。牛奶中鐵很少，只有0.2mg/100g，為人奶的1/5，嬰兒如以牛奶為主食餵養時，需及時增添含鐵及維生素C的食品，如蛋黃、豬肝泥、青菜泥等。此外，牛奶中還含有銅、鋅、錳、碘