Zloženie mlieka sa mení v pomerne širokom rozsahu a ovplyvňuje ho plemeno, výživové činitele životného prostredia, pohoda zvierat (animal welfare), štádium laktácie, sezónnosť, zdravotný stav zvieraťa a zdravotný stav mliečnej žľazy (vemena). Najčastejšie konzumované mlieko je mlieko kravské (vyše 97%), ktorého nezastupiteľnosť vo výžive je nesporná.

Obsahové látky 

Mlieko obsahuje najhodnotnejšie živočíšne bielkoviny, ľahko stráviteľný tuk a celý rad dôležitých minerálnych látok. Nachádza sa v ňom veľa esenciálnych aminokyselín, vitamínov, mliečny cukor a mnohé stopové prvky nevyhnutné pre výživu a vývoj ľudského organizmu pre normálnu funkciu látkovej výmeny a ochranu zdravia človeka.

Mliečne bielkoviny 

Jednu z najdôležitejších nutričných zložiek mlieka sú práve mliečne bielkoviny. Z tohto pohľadu už 1 liter mlieka pokryje požadovanú dennú dávku bielkovín u detí. Pre dospelých je to približne polovičná odporúčaná denná dávka. Mliečne bielkoviny obsahujú 18 z 22 známych esenciálnych aminokyselín, potrebných na stavbu a udržiavanie ľudského organizmu. Tieto esenciálne aminokyseliny si organizmus nevie vytvoriť sám. Mliečne bielkoviny sú aj neoddeliteľnou súčasťou hormónov a enzýmov. Ich nedostatok môže spôsobiť poruchy rastu, resp. nedostatočne vyvinutú svalovú hmotu.

Mliečny tuk 

V 1 litri plnotučného mlieka sa nachádza 30 – 40 g tuku. Tento mliečny tuk je jemno rozptýlený vo forme emulzie a je preto z hľadiska výživy v porovnaní s inými živočíšnymi tukmi veľmi dobre vstrebateľný a stráviteľný. Dôležitým faktorom dobrej stráviteľnosti mliečneho tuku je aj jeho chemické zloženie. Samotný mliečny tuk tvoria v prevažnej miere glyceroly mastných kyselín, voľné mastné kyseliny, fosfolipidy, steroly, estery atď. Mastné kyseliny tvoria až 85 % mliečneho tuku.

Mliečny cukor 

Mliečny cukor laktóza je najvýznamnejší sacharid mlieka. Je ľahko stráviteľná a je výborným zdrojom energie, ktorá je potrebná pre rast a normálne fungovanie organizmu. Laktóza je disacharid zložený z glukózy a galaktózy. Samotná glukóza predstavuje veľmi dôležitú zložku krvi a zároveň slúži aj ako stavebná zložka glykogénu. Galaktóza je nepostrádateľná najmä pri formovaní nervových tkanív a pozitívne ovplyvňuje reguláciu telesnej teploty a reguláciu pohybu čriev. Okrem toho priaznivo vplýva na absorpciu a využitie vápnika v tele, čo má význam pri raste kostí.

Minerálne látky 

Mlieko obsahuje 14 minerálov, z toho vo väčšom množstve vápnik, fosfor, draslík, horčík, síru, sodík a chlór a v menšom množstve stopové prvky - železo, meď, kobalt, mangán, jód, zinok, fluór. Osobitne dôležitý je vysoký obsah a priaznivý pomer vápnika a fosforu v mlieku. Vo výžive človeka majú vápnik a fosfor nezastupiteľné postavenie pre stavbu kostí a zubov. Z mlieka a mliečnych výrobkov získava človek až 56 % svojej potreby vápnika.

Vitamíny 

Mlieko je vynikajúcim zdrojom širokého spektra vitamínov. Obsah vitamínov E a A - retinol a jeho provitamínov v mlieku, ktoré sú dôležité pre normálny rast človeka, jeho dobrý zrak a odolnosť voči infekciám, kolíše podľa sezónnosti. V mlieku sa ďalej nachádzajú vitamíny zo skupiny B, ktoré pozitívne pôsobia na srdcovú činnosť a na funkcie nervového systému. Mlieko obsahuje aj vitamín C.