牛奶作為最古老的天然飲品之一，被譽為「白色血液」的珍貴存在。顧名思義源自乳牛擠乳，依國家標準分為不同等級，現行主流為全脂乳、低脂乳及脫脂乳。市面亦流通添加高鈣低脂等強化成分的產品，此類乳品皆經鈣質強化處理。
牛奶營養價值極高，所含礦物質種類亦相當豐富。除眾所周知的鈣質外，更富含磷、鐵、鋅、銅、錳、鉬等元素。最珍貴之處在於牛奶是人體最理想的鈣質來源，其鈣磷比例極為適宜，能有效促進鈣質吸收。成分結構複雜，至少包含逾百種物質，主要成分為水、脂肪、磷脂質、蛋白質、乳糖及無機鹽等。
一般牛奶主要化學成分含量如下：
水分：87.5%
脂肪：3.5～4.2%
蛋白質：2.8～3.4%
乳糖：4.6～4.8%
無機鹽類：約0.7%
人體蛋白質由20種胺基酸構成，其中8種無法自行合成（嬰幼兒需9種，且組胺酸需求量高於成人）。這些胺基酸稱為必需胺基酸。若攝取的蛋白質含有所有必需胺基酸，該蛋白質即稱為完全蛋白質。牛奶中的蛋白質即屬完全蛋白質。
對中高齡者而言，牛奶的另一項優勢在於：多數動物性蛋白質富含膽固醇，而牛奶的膽固醇含量相對較低（牛奶：13毫克/100克，瘦肉：77毫克/100克）。值得特別指出的是，牛奶中的特定成分能抑制肝臟膽固醇生成量，因此牛奶亦具降低膽固醇的作用。
牛奶的化學組成會因牛隻品種、年齡、飼養方式、榨乳時間、生活健康狀態及氣溫等因素而異。每100克牛奶約含水分87克、蛋白質3.1克、脂質3.5克、碳水化合物6g、灰分0.7g、鈣120mg、磷90mg、鐵0.1mg、硫胺素0.04mg、核黃素0.13mg、菸鹼酸0.2mg、抗壞血酸1mg、維生素A140IU。牛乳中的蛋白質主要為含磷蛋白質，亦包含白蛋白及球蛋白。此三類蛋白質皆完整含有必需胺基酸。牛乳脂肪主要為棕櫚酸、硬脂酸甘油酯，並含少量低級脂肪酸（如丁酸、己酸、辛酸等）。此外亦含微量卵磷脂、膽固醇及色素等成分。
牛乳中的無機鹽亦稱礦物質。牛乳含有Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Fe³⁺等陽離子，以及PO₄³⁻、SO₄²⁻、Cl⁻等陰離子。此外還存在碘、銅、鋅、錳等微量元素。自然界中的鈣以化合物形式存在，經動植物吸收後形成生物活性鈣，方能被人體有效吸收利用。牛奶富含活性鈣質，堪稱人類最優質的鈣源之一。每公升生乳所含活性鈣約1250毫克，居所有食品之冠，相當於白米的101倍、瘦牛肉的75倍、瘦豬肉的110倍。其優越之處不僅在於含量高，更因乳糖能促進腸壁鈣質吸收，吸收率可達98%。此特性有助調節體內鈣代謝、維持血清鈣濃度並促進骨骼礦化。優異的吸收率在鈣質補充中尤為關鍵，因此「牛奶能有效補充鈣質」的說法具備科學依據。
「均質化」是牛奶加工的新技術，透過粉碎牛奶中的脂肪球，使脂肪完全溶解於蛋白質中，既能防止脂肪凝集凝固，又能促進人體吸收。保質期通常為48小時內，營養價值與生乳差異不大，維生素B群流失約10%，但部分生理活性物質可能失活。
常溫保存牛奶——採用超高温滅菌法徹底殺滅有害菌，將保質期延長至6～12個月且無需冷藏。但營養成分會大幅流失。
復原乳——粉乳不可用於低溫殺菌牛奶，但可添加於常溫保存牛奶、優格及其他乳製品。惟原料標示須註明「復原乳」或「水與粉乳」。
生乳——多數先進國家消費者最青睞未經殺菌處理的生乳，其價格亦最為昂貴。新鮮擠出的牛奶含有溶菌酶等抗菌活性物質，可在4℃環境下保存24至36小時。此類牛奶無需加熱處理，不僅營養豐富，更能保留牛奶中的微量生理活性成分，對兒童成長極具益處。
殺菌牛奶——為滿足職場族群需求，多數廠商生產可長期保存的利樂包裝牛奶。此類包裝牛奶在加工過程中經完全殺菌處理，不僅有益菌種幾乎被「一網打盡」，牛奶營養成分亦隨之遭破壞。此類牛奶包裝與生乳極為相似，保質期多達30天以上，部分殺菌牛奶甚至可達6個月。殺菌牛奶通常風味濃郁，但營養成分有所流失，維生素B群含量會減少20%至30%。
無抗原牛奶——此名稱雖已廣為人知，但牛奶外包裝並未標示。因其屬牛奶出貨標準之一項，一般知名廠商的牛奶理應符合此標準。
水牛乳——水牛乳產量雖少，但其乳中蛋白質、胺基酸、乳脂、維生素及微量元素含量均高於荷斯坦牛乳。國家相關研究機構檢測顯示，水牛乳品質極為優異，堪稱乳製品中的頂級品。其價值相當於荷斯坦牛乳的兩倍，不僅富含對兒童成長發育及抗衰老極為有益的鋅、鐵、鈣，更含有豐富的胺基酸與維生素，是老少咸宜的營養食品。
禁忌事項
加熱牛奶時應避免添加砂糖。
多數人為改善牛奶風味而加糖，實則需謹慎。溫熱牛奶遇糖分時，乳中賴氨酸會與果糖產生反應，形成有毒的賴氨酸果糖，危害健康。若需加糖，務必待牛奶煮沸後冷卻再添加，此時方不致損害健康。
應避免同時攝取牛奶與巧克力。
牛奶中的蛋白質與鈣質會與巧克力所含的草酸結合，形成不溶性草酸鈣。此現象將阻礙鈣質吸收，嚴重時可能引發腹瀉、發育遲緩、頭髮乾燥等症狀。
牛奶應避免與酸性水果或果汁併用。
飲用牛奶時或飲用後，請勿立即攝取柳橙等酸性水果或果汁。牛奶蛋白質與水果酸性成分易產生凝固反應，阻礙牛奶消化吸收。建議飲用牛奶後至少間隔一小時以上，再攝取柳橙等酸性水果或果汁。
請勿立即飲用現擠鮮奶。
鮮榨牛奶雖屬天然無添加營養食品，但須注意衛生與安全。因可能附著布魯氏菌、結核菌等細菌，生乳需經適當加熱殺菌處理。加熱時避免煮沸，最佳方式是待生乳即將沸騰時立即熄火，重複此加熱程序三次。如此既能殺滅細菌，亦可保留牛奶的生物活性。
應避免同時攝取牛奶與可樂。
可樂屬碳酸飲料，牛奶則主要含蛋白質。蛋白質在磷酸作用下會產生化學反應，導致變性並形成凝固塊。雖蛋白質變性不影響安全性與營養價值，但會降低吸收率，故建議避免同時飲用牛奶與可樂。