Obilniny obsahujú 8-12% bielkovín. Pretože vonkajšia vrstva zrna má vyšší obsah bielkovín ako vnútorná vrstva, rafinovaná ryža a múka v dôsledku nadmerného odstránenia vonkajších otrúb majú nižší obsah bielkovín ako nerafinovaná ryža a múka. Napríklad fyziologická hodnota bielkovín v celej ryži je 72,7, zatiaľ čo v rafinovanej bielej ryži klesá na 66,2. Obilné bielkoviny majú nízky obsah lyzínu, fenylalanínu a metionínu. Proso a pšeničná múka majú obzvlášť nízky obsah lyzínu. V kukurici chýba lyzín aj tryptofán. Preto by sa mali konzumovať rôzne druhy obilnín spolu alebo by sa mali obilniny miešať so živočíšnymi produktmi, aby sa zlepšila fyziologická hodnota obilných bielkovín.
Obilniny majú relatívne nízky obsah tuku, asi 2 %, ale kukurica a proso môžu dosiahnuť 4 %, nachádzajúce sa najmä v aleurónovej vrstve a klíčku. Väčšinu tuku tvoria nenasýtené mastné kyseliny, s malým množstvom fosfolipidov. Olej z klíčkov obsahuje pomerne vysoké množstvo vitamínu E, ktorý má antioxidačné vlastnosti.
Obilniny obsahujú nielen veľké množstvo sacharidov (asi 70 – 80 %), ale väčšinu z nich tvorí škrob. Obilný škrob je na základe svojej molekulárnej štruktúry klasifikovaný do dvoch typov: amylóza a amylopektín. Rozdiely v rozpustnosti, viskozite a stráviteľnosti, ako aj ich rôzne pomery v rôznych obilninách priamo ovplyvňujú ich spracovateľské vlastnosti a chuť. Obilné sacharidy majú vysokú mieru využitia, presahujúcu 90 %, čo z nich robí životne dôležitý zdroj energie pre ľudské telo.
Obilniny sú dôležitým zdrojom vitamínov B, najmä vitamínov B1, B2 a niacínu. Proso a kukurica obsahujú karotén. Obilné klíčky obsahujú značné množstvo vitamínu E, pričom väčšina týchto vitamínov sa koncentruje v klíčku, aleurónovej vrstve a otrubách. Preto rafinovaná biela ryža a múka obsahujú veľmi málo vitamínu E.
Obilniny obsahujú približne 1,5 % anorganických solí, predovšetkým fosforu a vápnika. Obsahujú tiež značné množstvo horčíka. Tieto anorganické soli sú tiež väčšinou koncentrované v otrubovej a aleurónovej vrstve. Hrubo spracovaná ryža a múka, ktoré si zachovávajú časť otrúb, majú vyšší obsah anorganických solí ako rafinované zrná. Vápnik a fosfor v obilninách sú väčšinou vo forme fytátov, ktoré telo ťažko vstrebáva a nevyužíva. Podľa štúdie zahraničného vedca obilniny obsahujú fytázu, ktorá dokáže rozložiť fytáty, aby sa uvoľnil voľný vápnik a fosfor, čím sa zvyšuje biologická dostupnosť týchto minerálov. Táto fytáza je najaktívnejšia pri 55 stupňoch Celzia. Keď sa ryža alebo múka dusí, varí alebo pečie, približne 60 % fytátov sa môže hydrolyzovať a absorbovať.