1、天麻中含量较高的主要成分是天麻甙（gastrodin），也称天麻素，其化学组成为对-羟甲基苯-β-D-吡喃葡萄糖甙（p-hydroxymethylphenyl-β-D-glucopyranoside）；另含天麻醚甙（gastrodioside），其化学组成为双-（4-羟苄基）-醚-单-β-D-吡喃葡萄糖甙[bis-(4-hydroxybenzyl)ether-mono-β-D-glucoyranoside]。又含对-羟基苯甲基醇（p-hydroxybenzylalcohol），对羟基苯甲基醛（p-hydroxybenzaldehyde），4-羟苄基甲醚（4-hydroxybenzylmethylether），4-(4'-羟苄氧基)苄基甲醚[4-（4'-hydroxybenzyloxy）-benzylmethylether]，双（4-羟苄基）醚[bis(4-hydroxybenzyl)ether]，三[4-（β-D-吡喃葡萄糖氧基）苄基]枸橼酸酯{bis-[4-(β-D-glucopyranosyloxy)benzyl]citrate，parishin}。又含香草醇（vanillylalcohol），枸橼酸（citricacid），枸橼酸甲酯（methylcitrate），琥珀酸（succinicacid），棕榈酸（palmiticacid），β-谷甾醇（β-sitosterol），胡萝卜甙（daucosterol），蔗糖（sucrose）。

初生球茎含有一种抗真菌蛋白以及几丁质酶（chitnase），β-1，3-葡聚糖酶（β-1，3-glucanase）。还含有具增强免疫作用的天麻多糖以及多种微量元素，其中以铁的含量最高，氟、锰、锌、锶、碘、铜次之。从新鲜天麻中分离得到酚性成分：天麻甙，对-羟基苯甲醇，对-羟基苯甲醛，3，4-二羟基苯甲醛（3，4-dihydroyxbenzaldehyde），4，4'-二羟基二苯甲烷（4，4'-dihydroxydiphenylmethane），对-羟苄基乙醚（p-hydroxybenzylethylether），4，4'-二羟基二苄醚（4,4'-dihydroxydibenzylether），4-乙氧基甲苯基-4'-羟基苄醚（4-etho-xymethylphenyl-4'-hydroxylbenzylether），三[4-（β-D-吡喃葡萄糖氧基）苄基]柠檬酸酯，对-乙氧甲基苯酚（4-ethoxymethylphenol）。

2、块茎含香荚兰醇（Vanillylalcohol）、香荚兰醛（Vanilline），亦含维生素A类物质．尚分离出天麻素（即天麻甙，Gastrodin）、对羟基苯甲醇（p-Hydroxybenzylalcohol）、β-谷甾醇（β-Sitosterol）、胡萝卜甙（Daucosterol）、柠檬酸（Citricacid）、柠檬酸单甲酯（Citricacidmono-methylester）、棕榈酸（Palmiticacid）、蔗糖（Sucrose）、对羟基苯甲醛（p-Hydroxybenzaldehyde）、琥珀酸（Succinicacid）．

3、天麻中还含有抗真菌蛋白及微量元素,其中以铁的含量最高，氟、锰、锌、碘次之．

天麻含香荚兰醇、香荚兰醛、维生素A类物质、苷、结晶性中性物质、微量生物碱、黏液质等。天麻素是天麻的主要有效成分，其含量约为0.025%。现已能人工合成天麻素(天麻苷)、天麻苷元及其类似物。近证明天麻多糖也是天麻的有效成分之一。