L'olio di semi di girasole contiene trigliceridi, con un elevato contenuto di acido linoleico. La composizione in acidi grassi dell'olio è pesantemente influenzata dalle condizioni ambientali di crescita della pianta. La Farmacopea Britannica riporta la seguente composizione:

Acido palmitico: tra 4.0 per cento e 9.0 per cento,

Acido stearico: tra 1.0 per cento e 7.0 per cento,

Acido oleico: tra 14.0 per cento e 40.0 per cento,

Acido linoleico: tra 48.0 per cento e 74.0 per cento.

L'olio di semi di girasole tipicamente contiene lecitina, tocoferoli, carotenoidi e cere. L'olio di semi di girasole mostra le proprietà chimiche tipiche di un olio vegetale composto da trigliceridi.

Ci sono tre cultivar di girasole che forniscono oli di composizione differente: ad alto contenuto di acido linoleico, ad alto contenuto di acido oleico e una a contenuto medio di acido oleico, col nome commerciale di NuSun. L'olio di semi di girasole ad alto contenuto di acido linoleico, tipicamente è composto dal 20% di acido oleico, dal 69% di acido linoleico e dall’11% di grassi saturi. L'olio di semi di girasole ad alto contenuto di acido oleico è composto dall’82% di acido oleico, dal 9% di acido linoleico e dal 9% di grassi saturi.