وتنبع الأهمية الصحية لزيت الزيتون من احتوائه على نوعين من المركبات العضوية الطبيعية، التي يمكن تقسيمها إلى مجموعتين هما: العناصر الغذائية، والمركبات العضوية غير الغذائية.

أما العناصر الغذائية فهي:

أولاً: الأحماض الدهنية: ومن أهمها الحمض الدهني أحادي اللاإشباع، والمعروف ب حمض الأولييك، وهو الحمض الدهني الذي يميز زيت الزيتون غن غيره من أنوع الزيوت النباتية، حيث يتميز زيت الزيتون بارتفاع محتواه من هذا الحمض الدهني وبنسبة تتراوح ما بين 55-85% من مجموع الأحماض الدهنية فيه. وتبرز أهمية هذا الحمض الدهني، كما أشارت نتائج العديد من الدراسات، من دوره في حماية كوليسترول الدم من التأكسد بسبب قلة الروابط الكربونية غير المشبعة، كما اشارت إحدى الدراسات مؤخراً إلى قدرة هذا الحمض الدهني على منع تشكل الخلايا السرطانية بشكل مباشر. ويحتوي زيت الزيتون على نسبة جيدة من الحمض الدهني الأساسي اللينولييك (5-11%)، وهو حمض دهني لا يستطيع الجسم إنتاجه بكميات كافيةويتوجب الحصول عليه من مصادر غذائية.

ثانياً: الفيتامينات الذائبة في الدهن، وأهمها فيتامين هـ: وهو الفيتامين الأهم والأكثر تواجداً في زيت الزيتون، ولئن تواجد هذا الفيتامين بكميات متدنية في زيت الزيتون(12.4 ملغم/100غم) بالمقارنة مع أنواع أخرى من الزيتون النباتية،  مثل زيت دوار الشمس، إلا أنه يتميز بوفرته الحيوية العالية نظراً لاحتواء زيت الزيتون على كميات متدنية نسبياً من الأحماض الدهنية عديدة اللاإشباع وانخفاض عدد الروابط الكربونية غير المشبعة، ولارتفاع محتواه من الحمض الدهني أحادي اللاإشباع. وتنبع أهمية فيتامين هـ من دوره كمانع قوي لتاكسد الخلايا بفعل الجذور الحرة الضارة والتي يعتقد أنها المسبب الرئيس للسرطان، كما يقوم هذا الفيتامين بدور مهم في حماية القلب والشرايين من المركبات الضارة الناتجة عن تأكسد الكوليسترول في الدم والتي يعزى إليها التسبب في انسداد الشرايين وحدوث الجلطة ، وأخيرا فإن الكثير من الدراسات اظهرت دور هذا العنصر الغذائي في منع حصول أعراض الشيخوخة والهرم، وفي المحافظة على نضارة البشرة ومنع تجعدها.