Мелисса лекарственная содержит 0,1-0,3% эфирного масла, основными компонентами которого являются цитронеллаль, гераниол, цитраль, цитррнеллол, линалоол, дубильные вещества (в частности, розмариновая кислота), горечи, хлорогеновые и кофейные кислоты, флавоноиды, слизи и смолы. Некоторые хозяйства, занимающиеся селекцией, могут количество эфирных масел увеличить до 0,8%. Кроме того, в листьях мелиссы находятся каротин (7 мг%), витамин С (150 мг%).

Мелисса лекарственная обладает антиспазматическим, успокаивающим, укрепляющим сердечную мышцу, ракозаживляющим, стимулирующим центральную нервную систему свойствами.