Листья содержат 55—880 мг% витамина C.

Мякоть плодов содержит значительное количество органических кислот (лимонная, яблочная), пектиновые вещества, сахара (до 3,5 %), каротин, фитонциды; витамины — тиамин, рибофлавин, аскорбиновая кислота (до 0,085 %), рутин, флавоноиды, производные кумарина, галактуроновую кислоту, сесквитерпены, гесперидин, эриоцитрин, эридиктиол. В семенах имеются жирное масло и горькое вещество лимонин. Жирное масло найдено также в ветках и листьях (0,24 %). В коре обнаружен гликозид цитронин.

Характерный запах лимона обусловлен наличием эфирного (лимонного) масла в различных частях растения. Основные компоненты эфирного масла лимона — терпен, α-лимонен (до 90 %), цитраль (до 6 %), геранилацетат (1 %).