牛奶作为一种天然的饮料，无需经过化学加工。由于其颜色呈白色，因此又被称为“白色血液”。牛奶在生物学上具有重要意义，因为它来源于母牛的身体。牛奶可以根据奶牛的培育、牛奶的获取以及后期消毒的不同等级进行分类，但无论哪种等级，牛奶都含有丰富的营养价值。

每100克牛奶中所含有的营养成分如下：

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）。通常情况下，牛奶的主要化学成分含量如下：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。

人体蛋白质由20种氨基酸组成，其中有8种是人体自身无法合成的（对于婴儿而言，这个比例更高）。

有9种氨基酸，其中组氨酸是儿童所需的额外氨基酸。这些被称为必需氨基酸。当我们的饮食中包含所有必需氨基酸时，这种蛋白质被称为全蛋白。牛奶中的蛋白质就是全蛋白。

牛奶还含有许多无机盐，也称为矿物质。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。自然界的钙以化合态存在，只有经过被动或植物吸收后形成的生物活性钙才能被人体更好地吸收利用。牛奶中含有丰富的活性钙，被认为是人类最佳钙源之一。1升新鲜牛奶中所含活性钙约为1250毫克，相当于大米的101倍、瘦牛肉的75倍和瘦猪肉的110倍。虽然其含量很高，但其中的乳糖可以促进人体肠道对钙的吸收，吸收率高达98%。因此，牛奶能够调节体内的钙代谢，保持血清钙浓度，并有助于骨骼钙化。钙的吸收对于补钙尤为重要。所以，“牛奶能补钙”的说法是有科学依据的。

牛乳的化学组成会因奶牛的品种、年龄、饲养方式、挤奶时间、生活状况和健康状况、气温等因素的不同而有所差异。每100克牛乳中含有硫胺素0.04毫克，核黄素0.13毫克，尼克酸0.2毫克，抗坏血酸1毫克，以及维生素A（140 IU）。牛乳中的蛋白质主要含有含磷蛋白质，同时也含有白蛋白。

白及球蛋白，这三种蛋白质都含有全部必需氨基酸。牛乳中的脂肪主要是由棕榈酸和硬脂酸形成的甘油酯，同时也含有少量的低级脂肪酸，如丁酸、己酸和辛酸等。此外，牛乳还含有卵磷脂、胆甾醇和色素等成分。

在中老年人中，牛奶具有很大的优势，因为相比于许多动物性蛋白，其胆固醇含量较低。以每100克为基准，牛奶中的胆固醇含量仅为13毫克，而瘦肉中的胆固醇含量则为77毫克。值得注意的是，牛奶中的某些成分可以抑制肝脏制造胆固醇的数量，因此牛奶具有降低胆固醇的作用。