Olijfolie bestaat voornamelijk uit triacylglycerolen en secundair uit vrije vetzuren (FFA), glycerol, fosfolipiden, pigmenten, smaakstoffen en sterolen. Triacylglycerolen vormen de belangrijkste energiereserve voor planten en dieren. De vetzuursamenstelling van olijfolie kan variëren afhankelijk van verschillende factoren, zoals het ras, de rijpheid van de vrucht, de hoogte, het klimaat, enzovoort 5,6.

De vetzuren in de triacylglycerolen van olijfolie zijn:

• Oliezuur, een enkelvoudig onverzadigd omega-9 vetzuur. Het maakt 55 tot 83% uit van olijfolie.
• Linolzuur, een meervoudig onverzadigd omega-6 vetzuur dat ongeveer 3,5 tot 21% van olijfolie uitmaakt.
• Palmitinezuur, een verzadigd vetzuur dat 7,5 tot 20% van olijfolie uitmaakt.
• Stearinezuur, een verzadigd vetzuur dat 0,5 tot 5% van olijfolie uitmaakt.
• Linolzuur, (specifiek alfa-linoleenzuur), een meervoudig onverzadigd omega-3 vetzuur dat 0 tot 1,5% van olijfolie uitmaakt 6,7.

In vet oplosbare vitaminen, E en K, komen voor in olijfolie. Deze vitaminen zijn hittebestendig; ze worden dus niet aangetast door koken. Daardoor kunnen ze voor langere tijd worden opgeslagen in het menselijk lichaam, waardoor dagelijkse inname niet verplicht is.

Vitamine E (een natuurlijke antioxidant): Olijven bevatten 1,6 mg, of 2,3 IU (Internationale Eenheden) per eetlepel. Eén eetlepel levert 8% van de ADH voor vitamine E. 

Vitamine K De rijkste bronnen van vitamine K zijn groene bladgroenten. Eén portie spinazie of collards of twee porties broccoli leveren bijvoorbeeld vier tot vijf keer de ADH. Studies hebben aangetoond dat hoe groener de groente, hoe hoger het gehalte, vanwege de associatie van vitamine K met chlorofyl. Volgens de USDA zijn plantaardige oliën zoals olijfolie de op één na beste bron van vitamine K.