Skład olejku z trawy cytrynowej może nieco różnić się w zależności od warunków uprawy i klimatu. Niemniej jednak, jak wynika z wielu badań naukowych, najbardziej dominującym składnikiem jest cytral – substancja należąca do grupy aldehydów, która wykazuje działanie antyseptyczne, antyoksydacyjne i przeciwwirusowe. Jego zawartość w olejku z trawy cytrynowej wynosi od 40 do 76% (Trang i in., 2019).
Ponadto, olejek ten zawiera również inne cenne składniki, takie jak: nerol, geraniol, cytronelal, mircen i octan gerantylu. Każdy z nich odznacza się wyjątkowymi właściwościami leczniczymi i aromatycznymi.