花椒的化学成分主要是挥发油、生物碱、酰胺类、黄酮类、香豆素类、三萜、甾醇、烃类、木脂素以及脂肪酸等[5]。其中，能影响花椒的属性和品质的主要是挥发油、酰胺、生物碱三类。

挥发油决定花椒的香味。花椒挥发油是一种调香原料，常用于食品加工产业和香料行业。贮存时间越长，花椒的香味下降会越明显，且挥发油的百分比和成分会在地区和品种上有所差异。现阶段，从挥发油中分离出的组分有烯烃类、醇类、酮类、酯类、醛类及环氧化合物类[6]。另外，因为花椒叶与花椒果皮的挥发油成分大致相同，花椒叶也具有特殊香味，而不同花椒叶品种的香味不同主要是因为每一种花椒叶所含的精油成分不同[7]。

花椒中的酰胺类结构为链状的不饱和脂肪酰胺，是一种极具刺激性的物质[8]。酰胺类物质的含量越多，花椒麻味表现越强，所以，花椒中酰胺类物质含量的多少可以用来衡量花椒的品质。此外，酰胺类物质还能麻醉、兴奋，抑菌灭虫、祛风除湿等[7]。

花椒主要含茵芋碱、青椒碱、香草木宁碱、白鲜碱、崖椒碱、吴茱萸次碱等生物碱，其中茵芋碱的百分比含量与花椒成熟度成正比，与贮存时间成反比;青椒碱的百分比含量与花椒成熟度成反比，与贮存时间无关。关荣琴[9]等发现生物碱在花椒品种上存在差异，同一品种，如果产自不同地区，即使主要成分相同，但在含量上也会有差异，说明气候条件、土壤水分和光照强度等物理因素会影响生物碱含量的高低。