Τα κύρια συστατικά του ελαιλάδου στις συνήθεις συγκεντρώσεις είναι:

• Λιπαρά οξέα (ελαϊκό 73%, παλμιτικό 7,5-20%, στεατικό 0,5-5%, λινολεϊκό 3,5-20%, α-λινολενικό 0-3,5%)
• βιταμίνη Ε (α τοκοφερόλη) 14mg/100g που αντιστοιχεί σε 93% της ημερ. δόσης
• βιταμίνη Κ 67μg/100g (57% ημερ. δοσης)
• 230 μικροσυστατικά, από τα οποία 30-40 είναι φαινολικά συστατικά .Σημαντικά φαινολικά συστατικά είναι η τυροσόλη, η υδροξυτυροσόλη, η ελαιοκανθάλη και η ελευρωπαϊνη (εστέρας της τυροσόλης με ελενολικό οξύ)
• Αλλο σημαντικό συστατικό είναι ο τριτερπενικός υγρογονάνθρακας σκουαλένιο.

Οι επιδράσεις του ελαιολάδου στην υγεία συνδέονται με τα λιπαρά οξέα (μονοακόρεστα), τα φαινολικά συστατικά (αντιοξειδωτικά), την τοκοφερόλη (αντιοξειδωτική) καθώς και με άλλα συστατικά του.Οι ουσίες αυτές επεμβαίνουν σε διάφορους βιολογικούς μηχανισμούς και λειτουργίες όπως, μεταξύ άλλων, το οξειδωτικό στρες, την προστασία των αγγείων (αρτηριοσκλήρωση), την πήξη του αίματος κ.ά.Επίσης παρεμβαίνουν στους μηχανισμούς έκφρασης των γονιδίων με τρόπους που ενισχύουν τους προστατευτικούς μηχανισμούς των κυττάρων.