L'olio d'oliva è una miscela di composti organici, che rende impossibile fornire una singola formula chimica per rappresentarlo. Il metodo per estrarre l'olio dalle olive, insieme alla varietà e alla maturazione delle olive utilizzate, influisce sulla composizione.
La maggior parte dell'olio d'oliva è costituita da trigliceridi, che sono grassi con diverse lunghezze di catena di carbonio. L'olio contiene piccole quantità di acidi grassi liberi causati dalla decomposizione dei trigliceridi. I pigmenti sono i prodotti chimici responsabili del colore dell'olio. Ogni lotto di olio ha composti aromatici leggermente diversi. Inoltre, ci sono fosfatidi e steroli nell'olio. Anche se il prodotto finito viene filtrato, nell'olio ci sono anche pezzi microscopici di oliva.
