香薰油的成分主要包括：
揮髮油。這是精油中最主要的成分，占精油總量的70%左右，揮髮油具有強烈的揮發性，是精油散發出香氣的關鍵成分。揮髮油分子量小，有機結構複雜，不同精油的揮髮油組成有所不同。
芳香物質。這些是精油中產生獨特氣味的成分，每種精油都有其獨特的氣味。
酯類。酯類在精油中扮演重要角色，具有舒緩鎮定的功效，有助於緩解緊張和焦慮等情緒，同時對某些皮膚炎症有緩解作用。富含酯類的精油包括薰衣草、洋甘菊等。
其他成分。包括醇類、醚類、醛類、酮類等，這些成分增強了精油的特性和效用。
不同的精油根據其來源和用途會有不同的成分組合。例如，薰衣草精油富含醇和酯類，具有鎮靜、消炎、舒緩作用；茶樹精油則主要含有單萜烯類和單萜醇類，具有抗菌、消炎、收斂作用；檸檬精油含有檸檬烯、檸檬醇和檸檬醛等，具有提神、抗菌作用。香薰油通過其小分子成分被鼻腔頂端的嗅覺細胞捕獲，進而影響大腦產生特定的生理和心理效果。