每100克核桃仁含有優質脂肪63.00～70.00克、蛋白質14.60～19.00克、碳水化合物5.40～10.70克、磷280.00毫克、鈣85.00毫克、鐵3.20毫克、鋅2.48毫克、鉀3.00毫克、維生素A 0.36毫克、維生素B1 0.26毫克、維生素B2 0.15毫克、煙酸1.00毫克、核黃素0.11毫克、尼克酸1.00毫克、硫胺素0.17毫克，還含有少量的硒、錳、鉻等礦物質和維生素E、維生素K等，含有豐富的卵磷脂。
核桃仁中蛋白質含量最高可達29.7%，核桃仁中蛋白質消化率和凈蛋白比值較高，效價與動物蛋白相近，氨基酸含量豐富，18種氨基酸種類齊全，且8種必需氨基酸的含量合理，接近聯合國糧農組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）規定的標準，是壹種良好的蛋白質。每100克核桃仁中含有谷氨酸3549毫克、精氨酸2621毫克、天冬氡酸1656毫克、亮胺酸1170毫克、絲氨酸934毫克。異亮氨酸328～625毫克、亮氨酸680～1268毫克、賴氨酸234～425毫克、蛋氨酸134～236毫克、苯丙氨酸421～711毫克、蘇氨酸327～596毫克、色氨酸136～170毫克、頡氨酸499～753毫克、組氨酸447～696毫克。特別是賴氨酸、色氨酸等8種人體不能自身合成而需要從飲食中獲得的必需氨基酸含量相對較高。
核桃脂肪酸的主要成分是不飽和脂肪酸，約占其總量的90%。其中人體必需的脂肪酸——亞油酸——含量為普通菜籽油的3～4倍。核桃油酸值為0.5～0.9，脂肪酸平均分子量為273～276，其組成為：棕櫚酸約8.0%、硬脂酸2.0%、油酸18.0%、亞油酸63.0%、α-亞麻酸9.0%、肉豆蔻酸0.4%。其中亞麻酸是人體必需的脂肪酸，是ω-3家族成員之壹，也是組成各種細胞的基本成分。核桃仁中富含人腦必需的脂肪酸，且不含膽固醇，是優質無比的天然“腦黃金”。
核桃仁含有的營養成分可彌補素食者飲食中所缺少的鐵、鋅、鈣等微量元素和亞麻酸，是良好的天然營養補充劑。
人對於維生素的吸收主要是通過脂溶性吸收，而核桃仁中***存的脂肪及維生素恰好符合人體生理需要，極易於吸收。核桃仁所含的維生素E，有助於人們長壽。維生素E則可使細胞免受自由基的氧化損害，而有益於健康。因此，核桃是壹種集蛋白質、脂肪、糖類、纖維素、維生素等五大營養要素於壹體的優良幹果類食物，具有很好的營養價值。據營養學家測定，每500克核桃仁相當於500克雞蛋或4500克牛奶的營養價值。
核桃花粉含量高，營養豐富。每個雄花序的花粉含量為0.13～0.50克。據分析，核桃花花粉中含有蛋白質25.38%，氨基酸總量21.33%，可溶性糖11.08%，以及鉀、鐵、錳、鋅、硒等多種礦物質；花粉中的β胡蘿蔔素、核黃素、抗壞血酸、維生素E等含量也較高，故核桃花粉是壹種較好的天然營養保健食品資源。