牛奶中含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质和维生素等多种人体需要的营养物质，并且蛋白、脂肪、碳水化合物比例适宜，可以作为唯一的食物来源长时间维持人的生命和健康，这是其他食物难以做到的。牛奶的蛋白质含量通常在3%以上，是最为适合人体需要的优质蛋白之一；牛奶的脂肪含量约3-4%，属优质脂肪，具有短链脂肪酸多、不饱和脂肪酸含量高等特点；牛奶中的碳水化合物主要是乳糖，是人体内糖蛋白的重要构成成分，对婴幼儿发育特别重要。
牛奶富含优质蛋白及人体必需的所有氨基酸，容易消化吸收，可以满足人体营养需求；牛奶是最天然的钙源，有利于青少年骨骼发育，可防治中老年骨质疏松；牛奶中含有微量生物活性物质，如乳铁蛋白、免疫球蛋白等，对人体免疫功能具有调节作用。
钙不但是构成人体骨骼的基本物质，而且是多种酶的激活剂，对调整肌肉收缩、神经活动等具有重要作用。每升牛奶约含1000毫克钙，还含有可以促进钙吸收的其他辅助成分，如钙磷比为1.3:1，接近人体骨骼钙磷比，更易被人体吸收。牛奶中的钙吸收率高于一般食品，所以说牛奶是最佳的补钙食物。喝牛奶时，少量多次饮用比一次大量饮用更利于钙的吸收，并应避免与含草酸多的蔬菜同时食用。