น้ำผึ้งเป็นสารผสมของน้ำตาลกับสารประกอบอื่น น้ำผึ้งส่วนใหญ่เป็นฟรุกโทส (ราว 38.5%) และกลูโคส (ราว 31.0%) [1] ทำให้น้ำผึ้งคล้ายกับน้ำเชื่อมน้ำตาลอินเวิร์ท (inverted sugar syrup) ที่ผลิตเชิงสังเคราะห์ ซึ่งมีปริมาณฟรุกโทส 48% กลูโคส 47% และซูโครส 5% คาร์โบไฮเดรตที่เหลือในน้ำผึ้งมีมอลโทสและคาร์โบไฮเดรตซับซ้อนอื่น ๆ [1] เช่นเดียวกับสารให้ความหวานที่บำรุงสุขภาพทุกชนิด น้ำผึ้งส่วนใหญ่เป็นน้ำตาลและมีวิตามินหรือแร่ธาตุอยู่เล็กน้อย[5][6] น้ำผึ้งยังมีสารประกอบหลายชนิดในปริมาณน้อยซึ่งคาดกันว่าทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ รวมถึงไครซิน พิโนแบค์ซิน วิตามินซี คาตาเลสและพิโนเซมบริน[7][8] องค์ประกอบที่เจาะจงของน้ำผึ้งแต่ละกลุ่มนั้นขึ้นอยู่กับดอกไม้ที่ผึ้งใช้ผลิตน้ำผึ้ง[5]

ผลการวิเคราะห์น้ำผึ้งตามแบบ มีสารดังต่อไปนี้

• ฟรุกโทส 38.2%
• กลูโคส 31.3%
• มอลโทส 7.1%
• ซูโครส 1.3%
• น้ำ 17.2%
• น้ำตาลที่สูงกว่า 1.5%
• เถ้า 0.2%
• อื่น ๆ /ไม่กำหนด 3.2%[9]

ค่าดัชนีน้ำตาลอยู่ระหว่าง 31 ถึง 78 แล้วแต่ชนิด[10] น้ำผึ้งมีความหนาแน่นราว 1.36 กิโลกรัมต่อลิตร (หนาแน่นกว่าน้ำ 36%) [11]