Химический состав тмина изучен недостаточно полно. В плодах (семенах) кроме эфирных масел (3— 7%), обусловливающих вкус и аромат, обнаружены белковые вещества (10—12%), масло от 20 до 22%, флавоноиды, необходимые для укрепления сосудов, в небольших количествах смолы, воск, красящие а дубильные вещества, а также целый ряд микроэлементов (железо, цинк, марганец, никель, стронций, молибден). В зелени тмина содержится более 50 мг% витамина С.

Плоды и эфирное масло используют в медицине, мыловарении, ликеро-водочной, кондитерской, хлебопекарной промышленности, сельском хозяйстве, парфюмерно-косметической и фармацевтической промышленности для ароматизации чаев, лекарств и препаратов. Находит применение тмин и в консервном производстве, в лечебном и диетическом питании, а также в ветеринарии для лечения целого ряда заболеваний у животных.