黑墨水的主要成分包括：
變黑持久不褪成份：這主要包括鞣酸（C4H10O9）、沒食子酸（C7H6O5?H2O）和硫酸亞鐵（FeSO4）。這些成分化合後生成鞣酸亞鐵和沒食子酸亞鐵，氧化後會變成不溶性的高價鐵，即鞣酸鐵和沒食子酸鐵。前者增強耐水性，後者增強變黑性，使得墨水耐水、變黑，色持久不褪。
色素成份：常用的是酸性墨水藍和直接湖藍染料。黑水藍是墨水的主色，水溶液遇酸不變質，但遇鹼則變為棕色。直接湖藍在墨水中起助色作用，但由於其中含雜質較多，不宜多用，在潮濕環境易長霉。
穩定劑：在墨水中加入穩定劑主要是為了消除墨水的沉澱，以免書寫時發生斷水現象。常用的穩定劑有硫酸（HSO4）、草酸（COOH）2、甲醛（HCHO）溶液。這些穩定劑都具有一定酸性，給紙張酸化埋下了潛在的危害，不宜多用。
抗蝕劑：由於墨水中加入的穩定劑具有較強酸性，為防止腐蝕，常加抗蝕劑，使它和鐵質結成薄膜，降低硫酸的腐蝕作用 90%。使墨水中的含鐵量不會因腐蝕筆尖而增加，從而增加了墨水的穩定性。
潤濕劑：為防止墨水中的水份蒸發，造成書寫不便，在墨水中加入不易揮發，且有吸水性的 丙三醇〔C3H5(OH)3〕，使筆尖保持濕潤，以利書寫。
防腐劑：墨水原料中所含有機物等物質，在潮濕環境下容易腐爛、長霉，為防止腐爛常加苯酚或五氯酚鈉等藥劑為防腐劑。