当归主要含有挥发油、有机酸、多糖、黄酮类、氨基酸等成分。
当归挥发油包含藁本内酯、正丁烯基苯酞等多种活性物质，具有调节子宫平滑肌、改善微循环的作用。这类成分易受高温破坏，传统炮制常采用低温干燥法保留药效。
阿魏酸和烟酸是当归主要有机酸成分，能抑制血小板聚集并促进造血功能。阿魏酸在当归酒炙后生物利用度显著提升，常与补血类药物配伍使用。
当归多糖由阿拉伯糖、半乳糖等组成，通过激活巨噬细胞增强免疫力。实验显示其具有辐射防护作用，在肿瘤辅助治疗中体现价值。
当归黄酮以山奈酚为代表，具有清除自由基和抗炎特性。这类成分对更年期女性血管舒缩障碍有改善效果，常与白芍等药材协同应用。
检测发现当归含17种氨基酸，其中精氨酸含量最高，参与一氧化氮合成以改善血管内皮功能。这类水溶性成分在煎煮时易溶出，是当归补血作用的物质基础之一。
使用当归时建议选择道地产区药材，避免与抗凝药物同服。日常可配伍黄芪炖汤，但阴虚火旺者应控制用量。药材保存需防潮避光，出现霉变或虫蛀即不可再用。若需药用应经中医辨证，孕妇及经期女性慎用。
