小米蛋白质含有人体必需的8种氨基酸，蛋白质消化率高于大米，尤其是色氨酸和蛋氨酸含量较高。但小米和大米含有的赖氨酸均较低，所以最好与富含赖氨酸的赤豆、绿豆、大豆等豆类搭配，可以大大提高营养价值。小米所含的蛋白质是一种低过敏性蛋白，特别适合孕产妇和婴幼儿食用。
小米中的脂肪含量高于大米，并且脂肪酸结构合理。含有6种主要的脂肪酸，亚油酸含量高达70%以上，其次为油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸和花生四烯酸等。
由于小米不需要精制，所以保存了许多的维生素和无机盐，一般粮食中不含有胡萝卜素，小米却每百克含0.12毫克，维生素B1的含量位居所有粮食之首，为大米的5～6倍。
小米富含膳食纤维，是大米的2.5倍。膳食纤维虽然不能被人体吸收，但能刺激胃肠道蠕动促进消化腺分泌，减少肠粘膜与粪便的接触时间，降低肠道中某些致癌物质的产生，减少肠癌发病率，对消化道疾病有很好的预防作用。但也因此，导致长期食用小米难以消化，也限制了小米难以长期食用。