Valnødder indeholder ca. 60% flerumættet fedt. Det flerumættede fedt i valnødder indeholder usædvanligt meget omega-3. Nødder indeholder normalt meget enkelumættet fedt og lidt flerumættet. Fedtsammensætningen og omega-3 anses for at være godt for hjertet ligesom enkeltumættet fedt. Valnødder indeholder også plantesteroler, som konkurrerer med kolesterol i tarmen og sænker optagelsen.
Udover sundt fedt og plantesteroler indeholder valnødder antioxidanter og aminosyren arginin. Både antioxidanter og arginin er godt for væggene i blodkarene og hjælper med til at holde dem bløde. I forbindelse med et studie skulle en gruppe spise mange valnødder, og de fik næsten 20% af energien fra valnødder. Under perioden skete der en mindskning i kolesterolværdierne. Desuden blev forsøgspersonernes blodkar sundere i løbet af perioden.
Ligesom andre nødder og frø indeholder valnødder ret meget E-vitamin. Flere B-vitaminer, fx tiamin og B6-vitamin, findes også i anseelige niveauer. Der er desuden kalcium, jern, magnesium, zink og selen i valnødder. Niveauerne varierer i forhold til vækstbetingelserne.
