馬鈴薯塊莖含水量約為79.5%，碳水化合物17.2%(糖16.8%，纖維0.4%)，蛋白質2.0%，脂肪0.2%。糖幾乎全是澱粉，還有少量的葡萄糖、蔗糖、果糖、戊聚糖和糊精。馬鈴薯澱粉的平均粒徑為50μm，遠大於其他谷物澱粉。它是橢圓形的，表面有標記。
它具有糊化溫度低、粘度高、膨脹力強等優良特性。特別是它的粘度是所有澱粉中最大的，是自然界中唯壹與磷酸根化合價結合的澱粉，所以不容易老化，所以是壹種用於食品工業(如添加方便面)的高級澱粉。此外，細胞澱粉顆粒的大小和分布對馬鈴薯熟食的品質有很大影響。
土豆雖然只含2%左右的蛋白質，但其氨基酸組成是合理的。與其他來源的蛋白質相比，它更容易被人和動物吸收。土豆含有多種維生素，如VC、VB1、VB2、vPP等。，尤其是維生素C(0.23mg/g，約為芹菜、生菜的4倍，與韭菜相當)，且不易受熱破壞，是壹種很有價值的綜合營養食品。雖然鈣含量不如紅薯，但鉀含量與紅薯相當。作為預防高血壓的食品，備受關註。新鮮的土豆含有多酚氧化酶和酪氨酸酶，容易使土豆褐變，所以去皮或切掉時，暴露在空氣中的切面容易褐變。在加工過程中用亞硫酸溶液浸泡或用水沖洗可以防止。由於儲藏不當，土豆的芽眼或綠皮中會含有有毒的龍葵堿，需要在加工過程中去除。