从营养成分来看，鲸鱼肉的蛋白质含量约为20%-25%，与牛肉约20%相当，且氨基酸组成较为整，包含人体必需的8种氨基酸。脂肪含量因部位不同差异显著，皮下脂肪可达30%以上，肌肉脂肪则多在5%以下，其中不饱和脂肪酸占比超过60%，尤其是Omega-3脂肪酸如DHA、EPA含量较高，每100克鲸鱼肉约含0.3-0.5克。此外，鲸鱼肉中的矿物质也较为丰富：铁含量约3-5mg/100g，高于猪肉约1mg/100g，且以血红素铁形式存在，吸收率较高；锌含量约2-3mg/100g，接近羊肉水平；维生素B12含量尤为突出，每100克可达5-8μg，是牛肉的2-3倍，对神经系统健康有重要作用。
不过，不同种类鲸鱼的营养成分存在差异：抹香鲸的肌肉蛋白质含量更高，可达25%；而座头鲸的脂肪中Omega-3比例更优。烹饪方式也会影响营养保留，生食能最大限度保留维生素和脂肪酸，而长时间炖煮可能导致部分水溶性维生素流失。