Saat ini, sekitar 300 jenis madu telah dikenali. Varietas ini terkait dengan berbagai jenis nektar yang dikumpulkan oleh lebah madu. Komposisi utama madu adalah karbohidrat yang menyumbang 95-97% dari berat keringnya. Selanjutnya, madu termasuk senyawa utama, seperti protein, vitamin, asam amino, mineral, dan asam organik. Madu murni juga terdiri dari flavonoid, polifenol, senyawa pereduksi, alkaloid, glikosida, glikosida jantung, antrakuinon, dan senyawa volatil. Monosakarida (fruktosa dan glukosa) adalah gula yang paling penting. madu dan dapat berkontribusi pada sebagian besar efek nutrisi dan fisik madu. Selain monosakarida, jumlah disakarida yang lebih kecil (sukrosa, galaktosa, alfa, beta-trehalosa, gentiobiosa, dan laminaribiosa), trisakarida (melezitosa , maltotriosa, 1-ketosa, panosa, glukosa isomaltosa, erlose, isomaltotriosa, theanderose, centose, isopanose, dan maltopentaose), dan oligosakarida terdapat dalam madu. Banyak dari gula ini terbentuk selama waktu pematangan dan pematangan madu. Asam glukonat, produk oksidasi glukosa, adalah asam organik utama yang ada dalam madu; selain itu, sejumlah kecil asetat, format, dan sitrat telah ditemukan. Asam organik ini bertanggung jawab atas sifat asam (pH antara 3,2 dan 4,5) madu. Madu juga terdiri dari beberapa asam amino penting, seperti semua sembilan asam amino esensial dan semua asam amino nonesensial kecuali asparagin dan glutamin. Prolin dilaporkan sebagai asam amino utama dalam madu, diikuti oleh jenis asam amino lainnya] Enzim (diastase, invertases, glukosa oksidase, katalase, dan asam fosfatase) merupakan bahan protein utama madu. Tingkat vitamin dalam madu rendah dan tidak mendekati asupan harian yang direkomendasikan. Semua vitamin yang larut dalam air ada dalam madu, dengan Vitamin C menjadi yang paling sering. Sekitar 31 mineral variabel telah ditemukan dalam madu, termasuk semua mineral utama, seperti fosfor, natrium, kalsium, kalium, belerang, magnesium, dan klorin. Banyak komponen jejak penting yang terdeteksi dalam madu, seperti silikon (Si), rubidium (RB), vanadium (V), zirkonium (Zr), lithium (Li), dan strontium (Sr). Namun, beberapa logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), dan arsenik (As) hadir sebagai polutan. Penelitian sebelumnya telah mendeteksi sekitar 600 komposisi volatil dalam madu yang berkontribusi terhadap potensi efek biomedisnya. Senyawa volatil madu umumnya rendah tetapi termasuk aldehida, alkohol, hidrokarbon, keton, ester asam, benzena dan turunannya, piran, terpene dan turunannya, norisoprenoid, serta senyawa belerang, furan, dan siklik. Flavonoid dan polifenol, yang bertindak sebagai antioksidan, adalah dua molekul bioaktif utama yang ada dalam madu. Bukti terbaru menunjukkan keberadaan hampir tiga puluh jenis polifenol dalam madu. Keberadaan dan kadar polifenol ini dalam madu dapat bervariasi tergantung pada sumber bunga, kondisi iklim dan geografis. Beberapa senyawa bioaktif, termasuk galangin, quercetin, kaempferol, luteolin, dan isorhamnetin, terdapat dalam semua jenis madu sedangkan naringenin dan hesperetin hanya ditemukan pada varietas tertentu. Secara umum, senyawa fenolik dan flavonoid yang paling banyak dalam madu terdiri dari asam galat, asam siringat, asam ellagic, asam benzoat, asam sinamat, asam klorogenat, asam caffeic, isorhamnetin, asam ferulic, myricetin, chrysin, asam coumaric, apigenin, quercetin , kaempferol, hesperetin, galangin, catechin, luteolin, dan naringenin. Bahan-bahan madu telah dilaporkan memiliki efek antioksidan, antimikroba, antiinflamasi, antiproliferatif, antikanker, dan antimetastatik.