柠檬水富含维生素C、有机酸、矿物质及抗氧化物质，具有促进消化、增强免疫力等作用。其主要营养价值包括维生素C、柠檬酸、钾、类黄酮等成分。
柠檬水是维生素C的优质来源，每100克柠檬汁约含22-40毫克维生素C。维生素C有助于促进胶原蛋白合成，维持皮肤弹性，同时能增强中性粒细胞活性，提升机体对病原体的清除能力。长期适量饮用可帮助改善铁吸收，预防轻度缺铁性贫血。
柠檬水中的柠檬酸含量可达47克/升，这种有机酸能刺激唾液和胃酸分泌，餐前饮用有助于增强胃肠蠕动。柠檬酸还可与钙结合形成可溶性复合物，对预防泌尿系统结石有一定辅助作用，但胃酸过多者需控制摄入量。
新鲜柠檬汁含钾量约为138毫克/100克，适量补充钾离子有助于维持细胞内外渗透压平衡，调节神经肌肉兴奋性。对于日常膳食中蔬果摄入不足的人群，柠檬水可作为电解质补充的辅助来源，但肾功能异常者需谨慎。
柠檬皮中的橙皮苷、柚皮素等类黄酮物质会部分溶于水中，这些成分具有清除自由基的作用。动物实验显示类黄酮能降低血管内皮炎症因子表达，但人体实际吸收率有限，不能替代药物治疗。
柠檬水中挥发性物质如柠檬烯、芳樟醇等可通过嗅觉刺激缓解焦虑情绪。日本学者发现吸入柠檬香气可使唾液皮质醇水平下降，这种心理调节作用对缓解轻度应激反应有帮助。
建议选择新鲜柠檬切片冲泡，水温控制在60℃以下以避免维生素C氧化损失。每日饮用不宜超过1000毫升，胃食管反流患者应避免空腹饮用。饮用后需及时漱口防止酸蚀牙釉质，搭配均衡膳食更能发挥营养协同作用。特殊人群如孕产妇、糖尿病患者饮用前建议咨询营养师。
