稻谷含有水分、碳水化合物、蛋白质、脂类、矿物质和维生素等。
水分是稻谷的重要化学成分，它对稻谷的生理有重大影响，与稻谷的储存和加工关系也很密切。稻谷的水分在14%左右。
碳水化合物(包括淀粉、纤维素、半纤维素和可溶性糖等)是稻谷的主要成分，约占稻谷的65%左右，其中最多的是淀粉。淀粉主要分直链淀粉和支链淀粉两类。支链淀粉是稻谷淀粉的主要组成部 分，糯稻含直链淀粉仅1%~2%，粳稻和籼稻含直链淀粉约8%~28%。
蛋白质是构成生命的重要物质基础，在人体和生物的营养方面占有极其重要的地位。稻谷的蛋白质含量一般为8%~10%。谷蛋白是糙米的主要蛋白质(占蛋白质的2/3~4/5)，谷蛋白的分布规律是米粒中心部分含量最高，愈向外层含量愈低。米胚和米糠等副产品比成品大米含有多度的赖氨酸和更低浓度的谷氨酸。
脂类(包括脂肪和类脂)，脂肪由甘油和脂肪酸组成。脂肪在生物上的最主要功能是供给热量，而类脂对新陈代谢的调节起主要作用，类脂中主要包括蜡、磷脂、固醇等物质。稻谷的脂肪含量约为2%，蜡主要存在于皮层脂肪(米糠油)中，含量为米糠油的3%~9%，磷脂占稻谷全脂的3%~12%。
矿物质和维生素，主要因生产时土壤成分的不同以及品种的不同而有差异。稻谷的矿物质主要存在于稻壳、胚和皮层中，而胚乳中含量极少。因此，大米加工的精度越高，矿物质含量就越低。稻谷的维生素主要分布于糊粉层和胚中。
江苏、湖北等省近年培育有多种富硒稻米，硒含量大于50㎎/㎏。瑞士培育成功一种富含铁元素和β-胡萝卜素的转基因稻，这种稻米的含铁量是普通稻米的3倍，由于它富含β-胡萝卜素，所以呈现黄色，又称之为金稻米。