Στο σουσάμι τα λιπαρά οξέα αποτελούν τα θρεπτικά συστατικά με τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα. Στην πλειονότητά τους είναι μονοακόρεστα (45%) και πολυακόρεστα (40%), ενώ τα κορεσμένα κατέχουν το μικρότερο ποσοστό στη σύσταση του τροφίμου (15%). Η αυξημένη παρουσία πολυακόρεστων λιπαρών οξέων καθιστά το σουσάμι μια ιδιαιτέρως θρεπτική τροφή, καθώς τα συγκεκριμένα οξέα δεν μπορεί να τα συνθέσει ο ανθρώπινος οργανισμός, γι αυτό και θεωρείται απαραίτητο να προσλαμβάνονται μέσω της διατροφής.
Οι υδατάνθρακες αποτελούν το θρεπτικό συστατικό με τη μικρότερη αναλογία στο σουσάμι. Αποτελούν το 15%-20% της σύστασης του τροφίμου. Από αυτούς το μεγαλύτερο μέρος αποτελούν οι φυτικές ίνες (κυρίως κυτταρίνη και ημικυτταρίνη), ενώ περιλαμβάνονται σε ελάχιστες ποσότητες απλά σάκχαρα, όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη.
Στο σουσάμι περιέχονται κυρίως βιταμίνες του συμπλέγματος Β, όπως Β1, Β2 και νιασίνη (βιταμίνη Β5). Οι βιταμίνες αυτές αποτελούν συνένζυμα πολλών μεταβολικών συστημάτων και διεργασιών, γεγονός που τις καθιστά απαραίτητες για την καλύτερη υγεία του οργανισμού. Στο σουσάμι και ιδιαιτέρως στο έλαιο του περιέχονται επίσης επαρκείς ποσότητες βιταμίνης Ε, που έχει ισχυρές αντιοξειδωτικές ιδιότητες.
Τα κυριότερα μεταλλικά άλατα και ιχνοστοιχεία που περιέχονται στο σουσάμι είναι το ασβέστιο, ο φώσφορος, το μαγνήσιο, ο ψευδάργυρος και το σελήνιο.
Τα συστατικά αυτά αποτελούν πολύ σημαντικά στοιχεία του ανθρώπινου μεταβολισμού όντας απαραίτητα για ποικίλες λειτουργίες, όπως η σύνθεση των οστών και των μυών (ασβέστιο), οι αντιδράσεις μεταβολισμού (ψευδάργυρος) κ.λ.π. Ιδιαιτέρως το σελήνιο, που περιέχεται σε σημαντικές ποσότητες στο σουσάμι, έχει διαπιστωθεί τα τελευταία χρόνια ότι επίσης διαθέτει ισχυρές αντιοξειδωτικές ιδιότητες, προστατεύοντας έτσι από καρδιοπάθειες και καρκίνο (ιδίως τον καρκίνο του προστάτη).
Ο εγχώριος σπόρος από σουσάμι είναι πιο μικρόσπερμος και σκουρόχρωμος σε σύγκριση με τους εισαγόμενους σπόρους.
