牛蒡是营养价值极高的蔬菜，可与人参相比，有“东洋参”的美誉，富含牛蒡甙、蛋白质、生物碱以及维生素B1、B2、及人体必需的17种氨基酸，是营养价值极高的特种保健型蔬菜。
据测定，每100g鲜牛蒡中含蛋白质4.7g、脂肪0.8g、碳水化合物3g、粗纤维2.4g、钙242mg、磷61mg、铁7.6mg、胡萝卜素3.9mg、硫胺素0.02mg、核黄素0.29mg、尼克酸1.1mg、维生素C25mg。
牛蒡含有人体必需的各种氨基酸，且含量较高，尤其是具有特殊药理作用的氨基酸含量高，如具有健脑作用的天门冬氨酸占总氨基酸的25%～28%，精氨酸占18%～20%，且含有Ca、Mg、Fe、Mn、Zn等人体必需的宏量元素和微量元素。
提取分离牛蒡中的挥发性成分共鉴定出23种，其中醛类化合物4种，萜类化合物3种，烷烃、炔烯类化合物7种，有机酸、酯化合物8种，醚类1种，牛蒡的特殊气味成分应为醛类和萜烯类化合物。其多酚类物质具有抗癌、抗突变的作用，因而具有很高的营养价值和较广泛的药理活性。
牛蒡还具有较强的抗菌成分，对痤疮杆菌引起的痘痘有很好疗效。这种抗菌成分在开花期含量最高，主要对金黄色葡萄球菌有效。
另外，牛蒡还含有一定量的铜、锌、锰、硒等元素以及菊科植物中特有的菊糖，具有较高营养价值和医疗保健作用。
