石榴籽油是唯一植物源的多不飽和共軛脂肪酸，含有6種主要脂肪酸：石榴酸、亞麻酸、亞油酸、油酸、棕櫚酸和硬脂酸，其中前4種為不飽和脂肪酸，含量極其豐富，是石榴籽油的主要藥效成分。據報道，石榴籽油中石榴酸含量為64%～86%。在分子結構上，石榴酸（順9，反11，順13-十八碳三烯酸）為共軛三烯不飽和脂肪酸，與α-桐酸（順9，反11，反13-十八碳三烯酸）和β-桐酸（反9，反11，反13-十八碳三烯酸）互為同分異構體，它們的分子式和雙鍵位置相同，但雙鍵構型不同，在一定條件下可以相互轉化。國內眾多學者研究報道的石榴籽油化學成分差別很大，有人認為，石榴籽油的脂肪酸成分主要是石榴酸，其相對含量為76.06%~86.01%。有研究通過質譜分析鑒定出石榴籽油含有8種脂肪酸：石榴酸58.68%，亞油酸6.06%，油酸6.46%，棕櫚酸2.81%，硬脂酸3.18%，二十碳三烯酸15.02%，二十碳四烯酸5.39%，二十碳烯酸1.23%。