Zawiera kwas linolowy (omega-6), kwas oleinowy (omega-9), kwas alfa-linolenowy (omega-3), a także witaminę E, beta-karoten, sterole, biotynę, liczne mikroelementy oraz przeciwutleniacze. Najważniejszym związkiem znajdującym się w oleju z czarnuszki jest tymochinon - dzięki któremu olej wykazuje działanie przeciwzapalne, przeciwbólowe, a także ochronne na miąższ nerek i wątroby. Olej z czarnuszki, podobnie jak same nasiona, wykazuje potencjalne działanie przeciwnowotworowe.