Cechy fitochemiczne Owoce zawierają znaczne ilości witamin, w tym szczególnie dużo witaminy E i z grupy B: B3, B5 i B6. Orzechy zawierają ponad 50% lipidów, około 11% protein i 5% węglowodanów, a wartość energetyczna wynosi średnio ponad 520 kcal na 100 gramów. W orzechach tych występują znaczne ilości soli mineralnych – potasu, fosforu i magnezu.
Naukowcy z University of Illinois odkryli, że w liściach orzecha występują znaczne ilości progesteronu (żeńskiego hormonu steroidowego odpowiedzialnego za utrzymanie ciąży), jednak jego rola u roślin nie jest jeszcze poznana.
Działanie allelopatyczne Orzech włoski może wywierać ujemne działanie allelopatyczne na inne rośliny. W ekstrakcie z suchych liści orzecha włoskiego stwierdzono obecność szeregu substancji allelopatycznych, z których najważniejsze to związki z grupy flawonoli, kemferol i jego α-L-arabinofuranozyd. Natomiast juglon, allelopatyczny związek charakterystyczny dla całego rodzaju Juglans występuje jedynie w liściach świeżych, a w trakcie ich usychania zanika w wyniku polimeryzacji.