Thành phần hóa học trong tinh dầu chia làm hai nhóm chính là terpene và các dẫn xuất của phenol.
Terpene là các hydrocarbon mạch thẳng hoặc vòng có công thức chung là ( C10H16)n, n=1 ta có monoterpene, n=1,5 là sesquiterpene, n=2 là diterpene, n=3 là triterpene…
Monoterpene có các dạng mạch thẳng, đơn vòng, đa vòng có chứa oxi hoặc không. Các monoterpene mạch thẳng tiêu biểu là myrcen, ocimen và các dẫn xuất chứa oxi của chúng như linalool, geraniol, citronelol..
Myrcen và ocimen có nhiều trong tinh dầu hoa houblon, linalool có trong tinh dầu quýt, tinh dầu ngò , các ester của linalool là hương thơm của nhiều loại trái cây. Geraniol và xitronelol cũng bắt gặp trong tự nhiên ở dạng tự do hoặc ester, là mùi thơm của tinh dầu khuynh diệp, hoa hồng hoặc trong các quả họ cam quýt.
Monoterpene đơn vòng phổ biến và quan trọng hơn cả là limonen và các dẫn xuất chứa oxi của nó như menthol, piperiton, piperitenon…
Limonen có nhiều trong tinh dầu chanh, cam, thì là. Piperitenon, piperiton, menthol và menthon có trong tinh dầu bạc hà.
Monoterpene đa vòng như α-pinen, β-pinen, camphor, camphen và borneol
Pinen có hai dạng đồng phân α và β có trong tinh dầu thông cho mùi đặc trưng, dễ dàng bị oxi hóa trong không khí tạo thành dạng nhựa. Camphen có cấu tạo đôi xứng gồm hai vòng năm cạnh, camphen có nhiều trong tinh dầu chanh, tinh dầu
long não. Borneol là dẫn xuất chứa oxi của monoterpene đa vòng, khi bị oxi hóa nó chuyển thành camphor, cả borneol lẫn camphor đều có nhiều trong tinh dầu long não và được ứng dụng nhiều trong y học
Sesquiterpene có công thức chung là C15H24 bao gồm dạng mạch thẳng, vòng chứa oxi hoặc không chứa oxi. Trong cây sesquiterpene có cùng nguồn gôc sinh tổng hợp và tồn tại song song cùng monoterpene, tuy nhiên do sesquiterpene có nhiệt độ sôi cao do đó các loại tinh dầu thu nhận bằng phương pháp cất có ít` sesquiterpene. Farnezen là một sesquiterpene mạch thẳng có nhiều trong tinh dầu cam chanh, sesquiterpene dạng vòng tiêu biểu là zingiberen có trong tinh dầu gừng, humulen có trong tinh dầu hoa houblon. Các dẫn xuất chứa oxi gồm farnezol rất phổ biến trong tự nhiên, nó có trong tinh dầu cam chanh , hoa hồng, ở côn trùng farnezol là một pheromon giới tính, nerolidol có trong tinh dầu hoa cam và trong nhựa thơm Pê ru, nerolidol là chất cô định mùi nên được ứng dụng nhiều trong kỹ nghệ nước hoa
Diterpene có công thức chung là C20H 32 phổ biến ở dạng nhựa thơm. Khi chích một lỗ trên vỏ thông nhựa sẽ tiết ra, đem chưng cất với hơi nước thì sẽ được phần bay hơi và phần không bay hơi, để nguội phần không bay hơi đông lại có màu nâu được gọi là canifol, phần bay hơi chủ yếu là pinen, canifol bao gồm nhiều diterpene mà chiếm phần lớn là acid abietic. So với các dạng nhựa khác, acid abietic tương đôi bền
Các dẫn xuất phenol là thành phần chủ yếu của các tinh dầu trong họ Umbeliferae như tiểu hồi, mùi, thì là…Đa sô hợp chất trong nhóm này có công thức C6- C3 có nhóm OH tự do hoặc OCH3, vì vậy gọi là các dẫn xuất phenol. Một sô đại diện thuộc nhóm này như anetol và estragol có nhiều trong tinh dầu tiểu hồi, eugenol và anisaldehyde có nhiều trong tinh dầu hương nhu hoặc hoa oải hương, vanillin từ cây va ni được sư dụng nhiều trong chế biến thực phẩm