Zeytinyağı, organik bileşiklerin bir karışımıdır ve onu temsil etmek için tek bir kimyasal formül sağlamayı imkansız hale getirir. Yağı zeytinlerden çıkarma yöntemi, kullanılan zeytin çeşidi ve olgunluğunun yanı sıra bileşimi de etkiler.
Zeytinyağının kütlesi, değişen karbon zincir uzunluklarında yağ olan trigliseritlerden yapılır. Yağ, trigliseritlerin ayrışmasından kaynaklanan az miktarda serbest yağ asidi içerir. Pigmentler, yağ renginden sorumlu kimyasallardır. Her bir yağ grubu, biraz farklı lezzet bileşiklerine sahiptir. Ek olarak, yağda fosfatitler ve steroller vardır. Bitmiş ürün filtre edilse bile, yağda mikroskobik zeytin parçaları da bulunur.
