L'huile d'olive est un mélange de composés organiques, ce qui rend impossible de fournir une formule chimique unique pour la représenter. La méthode d'extraction de l'huile des olives, ainsi que la variété et la maturité des olives utilisées, affectent la composition.
La majeure partie de l'huile d'olive est constituée de triglycérides, qui sont des graisses de différentes longueurs de chaînes carbonées. L'huile contient de petites quantités d'acides gras libres causées par la décomposition des triglycérides. Les pigments sont les produits chimiques responsables de la couleur de l'huile. Chaque lot d'huile a des composés aromatiques légèrement différents. De plus, il y a des phosphatides et des stérols dans l'huile. Même si le produit fini est filtré, il y a aussi des morceaux d'olive microscopiques dans l'huile.
