牛奶除不含纤维素外，几乎含有人体所需各种营养物质，其蛋白质的含量为3．5—4％。其蛋白质的组成以酪蛋白为主，其次为乳蛋白、乳球蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白和酶等，能有效地供应人体之必需。牛奶蛋白质 的生理价值可与蛋类相媲美，是赖氨酸、蛋氨酸含量较高的优质蛋白，补充了各类蛋白质氨基酸组成的不足。牛奶中胆固醇含量并不高，其中含有的乳清酸还可降低血清胆固醇。因而，高血脂、心脑血管病患者适量喝奶大可不必担心会加重病情。 牛奶的脂肪含量为3—4％，其脂肪颗粒很小，呈高度分散状态，因而消化吸收率高。乳脂中还含有亚油酸、卵磷脂及少量胆固醇。牛奶中的碳水化合物为4—6％，主要为乳糖。乳糖有调节胃酸，促进胃肠蠕动和消化腺的分泌作用，并可促进乳酸秆菌的繁殖，抑制致病菌及腐败菌的生长，有利于肠道内正常菌群的活动与繁殖。奶中钙、磷、钾等微量元素含量丰富，每升牛奶可提供1200mg的钙，且极易被人体吸收利用，多喝牛奶比每天口服钙片更易吸收，更少胃肠道刺激，是 补充儿童钙质的最好来源，也是预防中老年骨质疏松症的最佳食补，并有效地维持了人体酸碱的平衡。
牛奶不宜煮沸时间太久，否则牛奶中呈胶体状的蛋白微粒会从溶胶变成凝胶状态，磷酸钙会从酸性变成中性而发生沉淀，其中的乳糖因焦化而分解为乳酸和少量甲酸，使其色、香、味降低。但牛奶也不宜生食，因在挤奶、运输过程中难免污染，如大肠杆菌、布氏杆菌、结核杆菌、痢疾杆菌、链球菌等均可能存在其中，而成为致病源，因而煮沸消毒很有必要。
牛奶还有许多医疗作用，如常年胃痛，空腹喝可有效地保护胃粘膜达到止痛的功效。电焊工若被电光刺激患了电光性眼炎以鲜奶滴眼便可痊愈。汞砷中毒可以牛奶灌胃使毒物沉淀，减少吸收避免胃粘膜被毒物腐蚀。睡前喝一杯牛奶可使人安然入睡，显著提高睡眠质量。
经杀菌消毒，接种乳酸杆菌后发酵而制成的酸奶更有其独特医疗价值，酸奶可刺激胃酸分泌，增强胃肠消化功能，促进人体新陈代谢，对肝病、胃肠道疾病及久病体衰者，婴幼儿最为适宜，长期食用可延年益寿。