高粱米的主要營養成分，按佔幹物質計，粗蛋白質9%，粗脂肪3.3%，碳水化合物85%，粗纖維1%，以及鈣、磷、鐵等微量元素和維生素B族。
高粱米中的蛋白質以醇溶性蛋白質為多，色氨酸、賴氨酸等人體必需的氨基酸較少，是一種不完全的蛋白質，人體不易吸收。如將其與其他糧食混合食用，則可提高營養價值。
高梁中含的脂肪及鐵較大米多。
在穀物中，高粱蛋白質中賴氨酸含量最低，因而蛋白質的質量也最差；高梁的尼克酸含量也不如玉米多，但卻能為人體所吸收，因此，以高粱為主食的地區很少發生“癩皮病”。
高粱米脂肪含量3%，略低於玉米，脂肪酸中飽和脂肪酸也略高，所以，脂肪熔點也略高些。亞油酸含量也較玉米稍低。高粱加工的副產品中粗脂肪含量較高。風乾高粱糠的粗脂肪含量為9.5%左右，鮮高粱糠為8.6%左右。酒糟和醋渣中分別為4.2%和3.5%。子粒中粗脂肪的含量較少，僅為3.6%左右，高粱稈和高粱殼中含量也較少。
高粱米含礦物質與維生素，礦物質中鈣、磷含量與玉米相當，磷約40--70%，為植酸磷。維生素中B1、B6含量與玉米相同，泛酸、煙酸、生物素含量多於玉米，但煙酸和生物素的利用率低。
據中央衛生研究院（1957）分析，每千克高粱子粒中含有硫胺素，（維生素B）1.4毫克，核黃素（維生素B）0.7毫克，尼克酸6毫克。成熟前的高粱綠葉中粗蛋白質的含量約13.5%，核黃素的含量也較豐富。高粱的子粒和莖葉中都含有一定數量的胡蘿蔔素。
高粱籽粒含有的丹寧，絕大部分存在於種皮和果皮中。丹寧有澀味，妨礙人體對食物的消化吸收，容易引起便祕。為了消除丹寧對人體的不良影響，碾制高粱米時，應儘量將皮層去淨。食用時，可通過水浸泡及煮沸，以改善口味和減輕對人體的影響。
