乌头各部分含生物碱，其中主为乌头碱。乌头碱水解后生成乌头原碱、醋酸及苯甲酸。

叶中还含肌醇及鞣质。多根乌头含有乌头碱、准噶尔乌头碱、准噶尔乌头胺、多根乌头碱、多根乌头定碱、乌头芬碱。准噶尔乌头根含总生物碱量1.5%，主要为乌头碱，准噶尔乌头碱。地上部分含总生物碱量0.7%，主要为准噶尔乌头碱。亚东乌头含有生物碱为伪乌头碱。紫草乌地上部分(叶和梗)含生物碱0.58%，其中分出结晶生物碱称紫草乌碱0.43%。据报道，日本产乌头除含乌头碱和新乌头碱外，还有次乌头碱、惰碱。