沉香的主要成分包括揮髮油和樹脂，這些成分中包含了多種化學物質。具體來說，沉香的成分包括白木香酸、白木香醛、沉香螺旋醇、白木香醇、苄基丙酮、呋喃白木香醇等，以及酚性成分和其他有機芳香化合物。沉香精油的有效成分為倍半萜烯類和倍半萜醇類芳香分子，這些成分賦予沉香其獨特的氣味和藥用特性。
此外，沉香中還含有黃酮類、木脂素類、苯丙素類、萜類、甾體類、生物鹼類等化合物，這些成分使得沉香在藥學領域具有多種生物活性，如抑制胃腸平滑肌收縮、促進胃腸蠕動、抗炎鎮痛、止咳平喘、鎮靜、抗抑鬱、降血糖等。
不同產地的沉香其香味各有特色，並且會隨著溫度的變化而變化，展現出豐富的層次感。沉香不僅是一種珍貴的香料，也是一種具有文化意義的文玩，它在中醫和傳統香文化中占有重要地位。