Все части растения содержат много биологически активных веществ: кора – тритерпеноиды, стероиды, алкалоиды, витамин С, дубильные вещества, хиноны, юглон; листья – альдегиды, эфирное масло, алкалоиды, витамины С, РР, каротин, фенолкарбоновые кислоты, дубильные вещества, кумарины, флавоноиды, антоцианы, хиноны и высокие ароматические углеводороды; околоплодник – органические кислоты, витамин С, каротин, фенолкарбоновые кислоты, дубильные вещества, кумарины и хиноны.
Зеленые орехи содержат витамины С, B1, B2, PP, каротин и хиноны. Зрелые орехи содержат витамины: A, B1, B2, B3, B12, С, К, Е, РР, каротин, дубильные вещества, ситостероны, хиноны, линолевую, линоленовую кислоты, галлотанины, юглон, эфирное масло, фитонциды, небольшое количество галловой и элаговой кислот.
Богаты они минеральными элементами: фосфором (390–600мг), калием (600–1300мг), магнием (150–250мг), кальцием (85–180мг), серой (50–100мг), железом (5–25мг), алюминием (5–10мг), марганцем (2–15мг), цинком (2,5–6мг).
Скорлупа содержит фенолкарбоновые кислоты, дубильные вещества и кумарины; пелликула (тонкая бурая кожица, покрывающая плод)– стероиды, фенолкарбоновые кислоты, дубильные вещества и кумарины.
В семядолях ореха сосредоточены все необходимые и главные аминокислоты: глютатион, цистин, лизин, гистадин, аргинин, аспарагеновая и глютаминовая кислоты, аланин, пролин, валин.
Незрелые плоды грецкого ореха используют в изготовлении варенья и маринадов, так как являются источником витамина С. Зрелые орехи, как высокопитательный продукт, включают в рацион больных с повышенной кислотностью желудочного сока. По калорийности они в 2 раза превышают пшеничный хлеб высшего сорта. Их рекомендуют для профилактики и лечения атеросклероза, при недостатке витаминов, солей кобальта и железа в организме. В орехах много клетчатки и масла, которые способны усиливать деятельность кишечника. Они полезны пожилым людям, склонным к запорам.
Скорлупа ореха пригодна для производства активированного угля, шлифовальных камней, линолеума и толя.
Отвар листьев применяют при золотухе и рахите у детей, а также в виде примочек для ускорения заживления ран. Плоды используют как поливитаминное средство.
Ядра плодов грецкого ореха едят свежими и сушеными, а также широко используют при приготовлении тортов, пирожных, халвы и других сладостей. Из плодов отжимают масло, которое пригодно в пищу, но чаще их используют для изготовления специальных лаков, которыми пользуются живописцы. Из незрелых плодов готовят варенье, обладающее приятным вкусом. В Средней Азии известен оригинальный способ исправления вкуса прогорклого растительного масла: внего добавляют небольшое количество ядер грецких орехов и кипятят. Масло восстанавливает свой прежний вкус.