牙膏是一種複雜的混合物，通常包含摩擦劑、保濕劑、表面活性劑、增稠劑、甜味劑、防腐劑、活性添加物、色素和香精等成分。
摩擦劑是牙膏的主要成分，主要由如碳酸鈣、磷酸氫鈣、焦磷酸鈣、二氧化矽、氫氧化鋁等物質構成，有助於去除牙菌斑和食物殘渣。保濕劑則包括如甘油、山梨醇、木糖醇、聚乙二醇和水等，有助於保持牙膏的質地和易於使用。表面活性劑如十二醇硫酸鈉、2-醯氧基鍵磺酸鈉等，有助於產生泡沫並幫助清潔牙齒。增稠劑如羧甲基纖維素、鹿角果膠、羥乙基纖維素、黃原膠、瓜爾膠、角叉膠等，用於調節牙膏的稠度。
此外，牙膏還可能包含特珠成分，如氟化物幫助預防齲齒，葉綠素有助於止血和防止口臭，以及酶和其他藥物成分，如脫敏藥物和抗菌劑，以提供額外的口腔護理效果。特種牙膏還可能含有其他特定成分，如抗敏感成分、草藥提取物或特定的香精，以滿足不同的口腔護理需求。