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地中海饮食的食物选择和组成特点，决定了在这些天然食物中，人们可以获取有益的营养成分，特别是针对保护心血管健康的元素。
橄榄油作为地中海沿岸国家的“特产”，是地中海饮食的标志性特色。在地中海地区居民的餐桌上，几乎都放有一瓶色泽青绿的特级初榨橄榄油。当地居民不管是烤鱼、烤面包、煮意面，还是调拌沙拉，都以橄榄油作为烹调用油，甚至用面包直接蘸食橄榄油。
橄榄油味道有点辛辣，组成橄榄油的脂肪酸中，单不饱和脂肪酸占70％~80％，而其他食用油则含有较多的多不饱和脂肪酸。橄榄油的摄入使得地中海饮食中非饱和脂肪酸与饱和脂肪酸之比达到（1.6~2.0）：1，远高于其他膳食模式。地中海居民以初榨橄榄油形式摄入大量单不饱和脂肪酸。单不饱和脂肪酸具有独特的保健作用，它能降低血清胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）（“坏”胆固醇）和三酰甘油（甘油三酯）的含量，同时增加血清高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）（“好”胆固醇）的含量，从而减缓动脉粥样硬化，有效预防冠心病。相比之下，多不饱和脂肪酸在降低“坏”胆固醇含量的同时，也降低了“好”胆固醇的含量，保健作用大打折扣。单不饱和脂肪酸还能有效降低冠心病、糖尿病、脑卒中的患病风险，且摄入富含单不饱和脂肪酸的食物可预防老龄带来的认知功能衰退。此外，橄榄油还含有鲨烯、多酚等多种抗氧化成分，具有抗微生物、抗感染、抗血栓形成、抗肿瘤等功效。橄榄油中鲨烯含量为136~708 mg/100g。鲨烯能与体内过多的氧分子结合、消除过剩氧自由基、增强心脏功能、扩张血管、抑制血小板在血管壁上的聚集、防止血栓形成，从而对抗动脉粥样硬化和抑制动脉粥样硬化的进展，预防冠心病的发生。橄榄油中的多酚类物质具有抑制低密度脂蛋白氧化、抗感染、维持正常血压，以及维持上呼吸道健康、抗癌等功效。降低氧化的低密度脂蛋白非常有意义，因为它是形成动脉粥样硬化的主要作用因子。
事实上，橄榄油能成为目前风靡全世界的食物油，是因为科学家观察到地中海饮食对心血管疾病特别有好处，推测可能是橄榄油在起作用，而进一步的研究也证实了这一点。
地中海海域盛产沙丁鱼，沙丁鱼肉中含有丰富的ω-3脂肪酸，有助于降低血液黏稠度和血压，保持正常的心律。除此之外，地中海居民还喜欢吃金枪鱼、鲱鱼、三文鱼等深海鱼。鱼肉中含有优质蛋白质，所含饱和脂肪酸较少，不饱和脂肪酸多，多吃海鱼对预防血脂紊乱和心血管疾病有益。科学研究发现，如果人体摄入较多的ω-3脂肪酸，能够降低心脏病的发病风险和预防猝死，对关节炎、抑郁症等疾病的发生也有很好的控制作用。含有类似营养的贝壳类海鲜有蚌、蛤等。这些也是地中海居民经常食用的。
海鱼的脂肪和橄榄油共同改善了地中海居民脂肪供能结构和比例，这种比例更加健康，可以通过调节血脂、减少血小板黏附、改善血管内皮功能、减轻炎症等途径对心血管产生保护效应。
地中海居民常把扁桃仁、腰果、核桃和开心果当作小吃。坚果是健康脂肪、蛋白质和膳食纤维的重要来源。它们丰富了地中海菜肴的美味与口感。坚果类食物能量很高，地中海居民每天吃坚果一般限制在一把，而且一般吃原味不加盐的坚果，很少食用经糖渍、蜜烤、盐焗的坚果。
豆类能缓慢、平稳地把糖分释放到血液中，从而避免血糖水平上升过快。每天摄取25g豆类蛋白，可降低血液中的胆固醇和三酰甘油的含量，如果再配合低胆固醇和低饱和脂肪饮食，则可降低心脏病的发病率。豆类还可以提供丰富的植物蛋白和大豆异黄酮。大豆蛋白作为一种植物蛋白对脂质和脂蛋白具有调节作用，而大豆异黄酮则对心血管疾病具有保护效应。
喜欢吃大量的蔬菜、水果是地中海居民的一个好习惯。新鲜的蔬菜、水果中含有丰富的抗氧化成分，包括维生素A、维生素C、维生素E和原花青素等。研究表明，血液中的维生素C含量与心血管疾病呈显著负相关。蔬菜、水果可以给人提供充足的矿物质、维生素和膳食纤维，提高免疫力，降低肥胖、癌症、糖尿病、高血压等慢性疾病的风险。薯类食物可以防止便秘，维护肠道健康。
新鲜蔬菜还是酚类和植物甾醇类的主要来源。酚类是重要的心脏保护活性物质。地中海饮食中含有谷甾醇、油菜甾醇和豆甾醇等多种植物甾醇。植物甾醇与动物性食物中的胆固醇具有化学相关性和结构相似性，可以与胆固醇竞争结合受体，降低肠道胆固醇溶解度，从而抑制胆固醇在肠道的吸收，降低血胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇的浓度。
全谷类食物提供丰富的维生素、矿物质及膳食纤维。全谷类食物中的镁、叶酸等，均对心血管有益。特别是叶酸缺乏可导致高同型半胱氨酸血症，后者为血脂紊乱和高血压的独立风险因子。同时，全谷类食物还含有丰富的膳食纤维，对于增加饱腹感、帮助控制体重、促进排便、增加肠道免疫屏障功能等均有益处。
地中海饮食也是一个以糖类（碳水化合物）为主要供能模式的饮食。主食以全谷物为主，几乎没有精米白面。相比精米白面，全谷物有更低的升糖指数及更丰富的蛋白质、膳食纤维、维生素和矿物质，可以起到更好的疾病预防作用。大量全谷类食物和蔬菜、水果，使得地中海饮食每天膳食纤维的摄入量达到41~62g，远高于世界卫生组织（WHO）推荐的每天30g的摄入标准。很多研究表明，高膳食纤维饮食可以降低心血管疾病风险，其机制与高膳食纤维对脂蛋白水平的调节有关。
乳制品富含蛋白质、乳清蛋白、维生素D和磷、镁等，可减轻体重，降低心血管疾病发生风险。饮食中钙摄入不足会导致钙离子内流，细胞内钙离子增多，导致脂肪生成增多及脂肪裂解抑制，脂质聚集、肥胖。高钙饮食能促进脂肪裂解、脂质氧化，从而减轻体重。乳清蛋白能产生大量生物活性物质，如血管紧张素转换酶抑制剂及支链氨基酸等，它们与钙有协同作用，使钙加速脂肪消耗的能力提高。维生素D可提高胰岛素的敏感性及稳定血糖水平。
地中海居民喜饮葡萄酒，但不酗酒，一般每次仅为35~50mL。很多研究发现，少量饮酒可以降低患心血管疾病风险。随餐适量饮酒，有一定的降血脂和降血压的作用。饮酒量与高血压、糖尿病、充血性心力衰竭及心肌梗死的发生率呈“U”形关系，也就是说“适度饮酒”的人不仅比酗酒的人患心血管疾病风险低，比完全不喝酒的人也要低。而葡萄酒尤其是红葡萄酒的效果似乎更为明显。对饮酒的机制的研究发现，酒类可提高红细胞谷胱甘肽水平，从而提高机体的抗氧化能力。红酒含有较多的白藜芦醇、花青素、黄烷醇、五倍子酸等多酚类植物化学物质。红酒中的白藜芦醇是一种抗衰老酶成分的激活剂，对寿命延长、细胞凋亡起着调控作用，还可降低血液中的“坏胆固醇”和血脂的含量，从而减少患动脉粥样硬化和心脏病风险。白藜芦醇在红、绿葡萄中均有，但红葡萄中含量更高。红酒中来源于葡萄的多酚类物质具有抗氧化活性，还可抑制低密度脂蛋白（LDL）氧化，增加血管内皮细胞一氧化氮合酶的活性，通过一氧化氮介导血管扩张、抗凝及抗血管平滑肌细胞增殖作用。
有研究发现，与不喝酒的人相比，酗酒的人群中患心血管疾病和死于心脏病的比例都大大增加。酒精已经被证明是明确的致癌物质，WHO下属的癌症研究机构（WCRF）2017年的报告中指出，酒精摄入每天超过30g，可增加发生咽癌、喉癌、食管癌、结直肠癌、乳腺癌的风险。酒类能量较高，长期过多摄入会使食欲下降、食物摄入量减少，引发多种营养素缺乏、酒精性脂肪肝，还会增加肥胖及发生高血压、糖尿病和心血管疾病的风险。在一个人身上，红酒究竟发挥好的作用，还是坏的作用，其实很难知道。很多专家认为，“适量”是饮酒产生有利效果的关键。
医学界曾经流传过“法国悖论”。意思是说，法国人酷爱鹅肝、奶酪等高脂肪食物，但心血管疾病却低于美国等其他西方国家，其原因可能是法国人爱喝红葡萄酒。法国是世界上最大的葡萄酒生产国，法国人也有在吃饭时喝葡萄酒的习惯。与其他国家不同的是，多数法国人并不是集中在周末暴饮，而是每天少量地喝。每年每个法国人平均喝葡萄酒＞40 L，平均每天大约120mL，差不多一杯。可能是由于葡萄酒减轻了动脉粥样硬化症状，减少了心脏病发病率。1991年，美国一家电视台介绍了“法国悖论”之后，葡萄酒在美国成了“健康食品”，销量上升了44％。
对于这样说法，最近也产生了质疑之声。很多科学家认为，饮酒也不一定是法国人更少患心脏病的原因，而是和其他因素伴随的现象。为了解释这一现象，科学家提出了以下两种可能的解释：①人群的社会经济状况在起作用。一个人是否有喝酒尤其是喝葡萄酒的习惯，除了个人爱好之外，往往受到经济状况的影响。比如，不喝酒的人群中，会有相当一部分人是因为贫穷而买不起酒。这一部分人的生活条件、医疗卫生保障可能比日常喝酒的人要差一些。其实是生活条件的差异导致了疾病以及死亡率的差异，喝不喝酒和疾病的发生率只是生活条件的一种表现，而不是疾病发生的原因。②喝不喝酒所伴随的生活方式起的作用。调查显示，喝葡萄酒的效果比喝白酒和啤酒更“显著”，一般认为葡萄酒中的抗氧化剂有很好的“保健作用”。但是丹麦的一项大规模调查则发现情况不一定如此。他们统计了超市中购买葡萄酒和啤酒的人同时购买的其他食物，发现总体来说购买葡萄酒的人购买的蔬菜、水果、低脂食物等“健康饮食”的比例要高于购买啤酒的人。也就是说，喝葡萄酒的人摄入的蔬菜、水果比喝啤酒的人多，而有充分的证据证实蔬菜、水果对于降低慢性疾病的发生有一定的帮助。
红酒是否真的是地中海饮食健康的来源之一，还存在很多争议，需要进一步的研究。
品尝过地中海饮食的人会发现，这种饮食常用大蒜、洋葱、姜、罗勒、迷迭香、百里香、欧芹等天然的香辛料调味，而不是用盐、酱油、豆瓣酱、沙茶酱等工业酱料。
香料的运用可以改善食物色香味，同时减少烹饪中油盐的用量，使菜肴变得清淡健康。同时，香料本身富含广谱抗氧化营养物质。添加各种各样的香料是地中海美食的一大特色。地中海人也喜欢在烹调时加入大蒜，常吃大蒜有助于减少高血压发病风险，还有助于降低胆固醇水平和血液黏稠度，而高血压、高胆固醇和高血黏度正是诱发心脏病的三大元凶。
