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大豆中含有丰富的氨基酸、不饱和脂肪酸、矿物元素和B族维生素等营养成分，其中大豆植物蛋白的含量在36％～42％，几乎含有所有动物所需的必需氨基酸，属于优质蛋白质资源。大豆脂肪含量为16％～24％，脂肪酸成分主要有棕榈酸、硬脂酸等饱和脂肪酸，以及油酸、亚油酸及亚麻酸等不饱和脂肪酸。大豆富含卵磷脂，有助于神经系统的发育。大豆中的碳水化合物含量较低，且不易被动物机体消化吸收。此外，大豆中含有的大豆异黄酮、大豆皂苷等生理活性物质，易被机体吸收，补充营养的同时还具有预防某些疾病的功效。尽管大豆营养价值较高，但多种抗营养因子的存在降低了动物机体对大豆的利用。
大豆自古有“豆中之王”的美称，被人们称作“植物肉”、“绿色乳牛”，营养价值丰富，可以作为理想的滋补食品。食品蛋白质营养价值的高低，主要取决于所含必需氨基酸的种类、数量和组成比例。天然大豆必需氨基酸种类齐全、含量较高，但其中蛋氨酸含量较低。大豆的副产品中豆粕是最具潜力的植物蛋白来源。大豆粕的蛋白质含量最高，可达48％左右；各种氨基酸含量丰富且比较平衡，能满足动物对不同营养的需求，特别是一些必需氨基酸含量较高，如赖氨酸达2.5％～3.0％，色氨酸0.6％～0.7％，蛋氨酸0.5％～0.7％。大豆粕是畜禽饲料中主要的蛋白质饲料源，在我国畜牧生产中得到了广泛的应用。相对于高价格蛋白质原料鱼粉而言，豆粕在畜禽饲料中应用具有更强优势。
大豆的蛋白质氨基酸组成比较平衡，与动物蛋白相近，属于全价蛋白。大豆所含的必需氨基酸为谷物的数倍，尤其是赖氨酸为谷物的10倍，苏氨酸、异亮氨酸和缬氨酸为谷物的5～6倍，色氨酸约为玉米的7倍。现代大豆蛋白产品的必需氨基酸含量除蛋氨酸外，其余与动物蛋白及联合国粮农组织（FAO）所规定的标准接近（表1-1）。
表1-1 大豆蛋白产品的必需氨基酸
大豆蛋白可降低高胆固醇血症患者血浆胆固醇水平，尤其是可降低低密度脂蛋白胆固醇水平。研究表明，大豆蛋白含有一种高分子成分，可通过与胆汁酸结合而降低胆固醇水平。由于大豆蛋白具有降低血胆固醇作用，因此可以抑制动脉硬化。研究指出摄入大豆蛋白可使氧化型胆固醇的消化吸收率明显降低，而氧化型胆固醇被认为是动脉硬化的致病因素之一。有研究表明，大豆蛋白可使原发性高血压大鼠的血压明显下降，其作用机制是大豆蛋白经降解成降压肽后可抑制血管紧张肽酶的活性。另外动物试验研究发现，大豆蛋白还可抑制大鼠脑溢血发病和保持血管壁弹性作用。
动物试验表明，与酪蛋白相比，摄入大豆蛋白可使动物的饵料脂肪吸收率、组织脂肪量、体脂肪量及血浆脂质浓度明显降低。其减肥的作用机制可能与大豆蛋白可提高甲状腺激素、促甲状腺激素水平及褐色脂肪组织产热量有关。内腔肥胖型大鼠试验研究发现大豆蛋白摄入可使大鼠血糖值明显降低。糖尿病患者临床试验表明，摄入大豆蛋白食品同时服用药物者血糖值明显低于单纯服用药物者。另有研究发现大豆蛋白对于雌激素缺乏引起的骨量损失有预防作用。
大豆中的碳水化合物含量为25％左右，成分比较复杂，主要为蔗糖、棉子糖、水苏糖、毛蕊花糖等低糖类和阿拉伯半乳聚糖等多糖类，其中50％为膳食纤维组分。棉子糖和水苏糖在肠道细菌作用下发酵产生气体，会引起腹胀，属于大豆低聚糖的主要成分。大豆低聚糖可以促进肠道中有益菌的生长，抑制有害菌的繁殖，从而起到维护肠道健康的作用。此外，大豆低聚糖还具有降低血脂、胆固醇和防止便秘的作用，对中老年人、肥胖及糖尿病患者有很好的保健作用。
20世纪70年代，日本学者首先发现了低聚果糖是双歧杆菌生长的促进因子，然后进一步发现异麦芽低聚糖、低聚半乳糖、棉子糖等多种低聚糖能被人体肠道中的双歧杆菌（有益细菌）利用而不能被产气荚膜杆菌（有害细菌）利用。双歧杆菌利用低聚糖产生醋酸、乳酸等产物，可以有效地抑制有害细菌的生长和繁殖，从而减少了肠内腐败物质的生成，它还能合成B族维生素，促进肠道的蠕动，防止便秘等作用。大豆低聚糖主要是水苏糖和棉子糖，它们占大豆籽粒重的3.2％左右，水苏糖是四糖，棉子糖是三糖，它们均属于半乳糖类的低聚糖。
以大豆分离蛋白加工形成的乳清水或浓缩蛋白制备过程中产生的萃取水，经过加热浓缩，使其中低分子量蛋白质析出，过滤除去蛋白质和不溶物，用活性炭脱色后再用离子交换树脂或反渗透脱盐，再进一步浓缩即可制得含大豆低聚糖为25％左右的糖浆，亦可以进一步浓缩造粒得到颗粒状大豆低聚糖产品。目前大豆低聚糖的生产技术是成熟的，主要的问题是开拓它的应用市场。
大豆的豆皮中含有纤维素和水不溶性碳水化合物约85％，豆渣中含有纤维素和水不溶性碳水化合物约70％，因此它们是制备膳食纤维的良好原料。作为膳食纤维必须要有良好功能特性，如持水性、多孔吸附性、基端活性、离子交换性和溶胀性等，所以使用豆皮和豆渣生产大豆膳食纤维首先要将原料磨碎后进行活化，以使它具有一定的功能特性，然后根据不同的用途进行配料，成型得到产品。
大豆膳食纤维具有促进肠道蠕动、减少有害物质与肠壁的接触时间的功能，从而可预防便秘、直肠癌、痔疮及下肢静脉曲张等疾病。基于膳食纤维对人体重要的生理作用，1991年WTO将膳食纤维列为继蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质和水之后的“第七大营养素”。中国传统的膳食结构以植物性食物为主，膳食纤维摄入较充足。目前，随着国民生活水平不断提高，人们的膳食结构也发生了很大变化，膳食纤维日摄入量不足导致诸如肥胖症、“三高”等疾病的发病年龄提前，发病率增加。因此，我国营养学会于1989年在膳食指南中开始提倡积极地摄入各种膳食纤维，而大豆作为高膳食纤维食品之一被广泛食用。
大豆膳食纤维是复杂的混合物，其主要成分是非淀粉多糖类，包括纤维素、 β -葡聚糖、半纤维素、果胶和树胶。大豆膳食纤维中的纤维素是由 β -吡喃葡萄糖基通过 β （1-4）糖苷键连接起来的聚合物。组成大豆膳食纤维的半纤维素主要有阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、半乳糖甘露聚糖和 β （1-3，1-4）葡聚糖4种。果胶类物质主要由阿拉伯聚糖、半乳聚糖或阿拉伯半乳聚糖等组成，其中阿拉伯聚糖是由呋喃阿拉伯糖通过（1-5）糖苷键连接成主链，通过C2或C3位连成分支。
大豆中脂肪含量为16％～24％，其中不饱和脂肪酸85％，亚油酸高达50％（且消化率高），亚麻酸8％，油酸23％，磷脂1.64％。亚油酸和亚麻酸是多不饱和脂肪酸，油酸为单不饱和脂肪酸。亚油酸是人体自身不能合成的必需脂肪酸，只能通过食物摄取。亚油酸缺乏会导致皮肤干燥、鳞屑增厚，以及儿童生长发育迟缓，成人白内障及心脑血管病等疾病发生。另外，多食油酸可降低“坏胆固醇”，预防冠心病等。
大豆脂肪属于优质脂肪，熔点低，易于消化吸收，对儿童生长发育、神经活动都有重要作用。人体对大豆油的吸收率高达98％，所以大豆油是高营养价值的优质植物油。大豆中还含有较多的磷脂，其中的卵磷脂、脑磷脂既对老年痴呆症有一定的预防作用，还有乳化脂肪和促进脂肪代谢的作用，从而能降低发生冠心病的危险。
大豆脂肪主要加工产品为豆油。在美国，豆油主要指高级精练油，达到“五脱”（脱色、脱蜡、脱酸、脱臭、脱胶）经进一步加工成1～8号氢化油系列产品，除供烹调用外，依次经深加工为人造奶油、起酥油、调味剂及化工杀虫灭草剂等。植物油中唯有大豆油含完全的必需脂肪酸——亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸，可促进人体发育，维护皮肤和毛细血管健康，还与精子、前列腺的合成密切相关。
大豆中的无机盐总量为5％～6％，多为钾、钠、钙、镁、磷、硫、氯、铁、铜、锌、铝等。大豆无机成分中的钙含量差异最大，目前测得的最低值为163mg/100g，最高值为470mg/100g，其生物利用率与牛奶中的钙相近。大豆中铁含量是大米的10倍，钾含量也很高。大豆的含钙量与蒸煮大豆（整粒）的硬度有关，即钙的含量越高，蒸煮大豆越硬。