大米主要含有碳水化合物、蛋白质、少量脂肪、维生素B族及矿物质等营养物质，是日常饮食中重要的能量来源。
大米的主要成分是碳水化合物，占比达到75％以上，以淀粉形式存在。淀粉在人体内分解为葡萄糖，为身体提供能量。大米的淀粉结构分为直链淀粉和支链淀粉，不同品种的大米两者比例不同，影响口感和消化速度。精白米的淀粉含量更高，但膳食纤维较少，升糖指数相对较高。
大米含有6-8％的蛋白质，虽然含量低于小麦，但仍是重要的植物蛋白来源。大米蛋白的氨基酸组成较均衡，但赖氨酸含量较低，属于不完全蛋白。与豆类搭配食用可提高蛋白质的生物利用率。糙米比精白米保留更多蛋白质，营养价值更高。
大米的脂肪含量很低，仅占0.5-1％，主要存在于米糠层中。精加工过程中大部分脂肪被去除。大米脂肪以不饱和脂肪酸为主，含有少量亚油酸等必需脂肪酸。糙米保留了更多脂肪成分，但容易酸败变质，保存期较短。
大米富含维生素B1、B2、烟酸等B族维生素，这些维生素主要存在于米糠和胚芽中。精白米在加工过程中损失了大部分维生素B族，长期单一食用可能导致维生素B1缺乏。糙米、胚芽米或强化大米能提供更多维生素B族营养素。
大米含有磷、钾、镁、锌等矿物质，但含量不高。糙米的矿物质含量是精白米的2-3倍，特别是米糠层富含这些营养素。大米中的植酸可能影响矿物质的吸收，通过发酵或发芽处理可提高矿物质的生物利用率。
建议将大米作为主食的一部分，搭配其他谷物、豆类、蔬菜和优质蛋白食物，保证营养均衡。选择糙米、胚芽米等全谷物大米可获取更多营养素。注意控制精白米的摄入量，避免血糖快速升高。储存大米时应保持干燥，防止霉变产生有害物质。特殊人群如糖尿病患者可选择低升糖指数的大米品种，并控制每餐的摄入量。
