每100克牛奶所含营养素如下：
热量 (54.00千卡) 、蛋白质(3.00克) 、脂肪(3.20克) 、碳水化合物(3.40克) 、维生素A (24.00微克) 、硫胺素(0.03毫克) 、核黄素(0.14毫克) 、尼克酸(0.10毫克) 、维生素C (1.00毫克) 、维生素E (0.21毫克) 、钙(104.00毫克) 、磷(73.00毫克) 、钠(37.20毫克) 、镁(11.00毫克) 、铁(0.30毫克) 、锌(0.42毫克) 、硒(1.94微克) 、铜(0.02毫克) 、锰(0.03毫克) 、钾(109.00毫克) 、胆固醇(15.00毫克) 。
牛奶的营养成份很高，牛奶中的矿物质种类也非常丰富，除了我们所熟知的钙以外，磷、铁、锌、铜、锰、钼的含量都很多。最难得的是，牛奶是人体钙的最佳来源，而且钙磷比例非常适当，利于钙的吸收。种类复杂，至少有100多种，主要成份有水、脂肪、磷脂、蛋白质、乳糖、无机盐等。一般牛奶的主要化学成分含量如下：
牛奶水分：87.5%
脂肪：3.5--4.2%
蛋白质：2.8--3.4%
乳糖：4.6-4.8%
无机盐：0.7%左右
组成人体蛋白质的氨基酸有20种，其中有9种是人体本身不能合成的，这些氨基酸称为必需氨基酸。我们进食的蛋白质中如果包含了所有的必需氨基酸，这种蛋白质便叫作全蛋白。牛奶中的蛋白质便是全蛋白。
牛奶中的无机盐也称矿物质。牛奶中含有Ca2+、Mg2+、K+ 、Fe3+ 等阳离子和PO43-、SO42-、Cl-等阴离子；此外还有微量元素I、Cu、Zn、Mn等。大自然中的钙是以化合态存在的，只有被动、植物吸收后形成具有生物活性的钙，才能更好地被人体所吸收利用。牛奶中含有丰富的活性钙，是人类最好的钙源之一，1升新鲜牛奶所含活性钙约1250毫克，居众多食物之首，约是大米的101倍、瘦牛肉的75倍、瘦猪肉的110倍，它不但含量高，而且牛奶中的乳糖能促进人体肠壁对钙的吸收，吸收率高达98%，从而调节体内钙的代谢，维持血清钙浓度，增进骨骼的钙化。吸收好对于补钙是尤其关键的。故"牛奶能补钙"这一说法是有其科学道理的。
对于中老年人来说，牛奶还有一大好处，就是，与许多动物性蛋白胆固醇较高相比，牛奶中胆固醇的含量较低，（牛奶：13毫克/100克；瘦肉：77毫克/100克）。值得一提的是，牛奶中某些成份，还能抑制肝脏制造胆固醇的数量，使得牛奶还有降低胆固醇的作用。
牛乳的化学组成，因牛的种类、年龄、饲养方法、采乳时间， 生活及健康状况、气温等不同而各异。每100 g 牛乳含水份约87 g ，蛋白质3 .1 g，脂肪3 .5 g ，碳水化合物6 g ，灰分0 .7 g , 钙120 mg ，磷90 mg ，铁0 .1 mg , 硫胺素0 .04 mg , 核黄素0 .13 mg , 尼克酸0 .2 mg , 抗坏血酸1 mg , 维生素A140 IU。牛乳中的蛋白质主要是含磷蛋白质，也含白蛋白及球蛋白。此三种蛋白质都含全部必需氨基酸。牛乳的脂肪主要是棕榈酸、
硬脂酸的甘油酯， 也含少量低级脂肪酸如丁酸、己酸、辛酸等。此外，还含少量卵磷脂、胆甾醇、色素等。
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