牛乳中含有人体所必需的各种营养元素： 2.7%~3.5% 的蛋白质，3%~5% 的脂肪，4.5%~4.8% 的乳糖，以及多种维生素、微量元素等。它被营养学家称之为“接近完善的食品”、“白色血液”，是人类不可多得的理想天然食品之一，适合所有年龄段人群饮用。
牛乳中的蛋白质主要是酪蛋白和乳清蛋白。从营养学的角度看，乳蛋白中含有一切人体所必需的氨基酸，消化率可达到 96%，是一种优质蛋白质。牛乳中的脂肪组成主要为短链和中链脂肪酸，由于脂肪球直径小，呈高度乳化状态，极易被人体吸收。在自然界中乳糖仅存在哺乳动物的乳汁中，乳糖消化可得到葡萄糖和半乳糖，向人体提供热量。牛乳中富含钙、磷等矿物质，比例合适，易于吸收。
牛乳不仅营养丰富而且还具有许多保健功能。例如：丰富的钙、磷对于佝偻病、老年骨质疏松症都有较好的预防和治疗作用;同时它与牛乳中的酪蛋白磷酸肽共同作用可以防治龋齿。牛乳中的蛋白质具有轻度解毒的功能，可以阻止人体吸收食物中有毒的砷、铅等重金属。牛乳中含有微量活性物质，如功能肽、L-色氨酸等，这些物质具有一定的调节人体免疫功能作用。