Skład chemiczny bulwy zmienia się w zależności od odmiany, warunków środowiska, ale przede wszystkim warunków atmosferycznych. W bulwie ziemniaka jest ok. 75% wody i 25% suchej masy. W suchej masie węglowodany stanowią ok. 20,9%, związki azotowe 1,9%, związki tłuszczowe 0,15%, włókno 0,98% i popiół 1,09%.

Sucha masa waha się od 15 do 32%, ale składnikiem ulegającym  największym wahaniom jest  skrobia od 9-25% i stanowi ona wartość 95-99% zawartości wszystkich węglowodanów w bulwie. Skrobia gromadzi się w bulwach w leukocytach jako materiał zapasowy, ale w razie konieczności może służyć  jako źródło cukrów prostych. Naturalna skrobia składa się z dwóch komponentów amylozy i amylopektyny, ale występuje jako substancja jednorodna. Cukry ulegające fermentacji w ziemniaku to sacharoza, glukoza i fruktoza. Zawartość białka w ziemniaku nie jest wysoka, ale wartość biologiczna bardzo duża. Jest to białko które zawiera wszystkie aminokwasy egzogenne konieczne do syntezy białka przez człowieka.

Składniki mineralne: najwięcej w ziemniaku ok. 60%  jest potasu, reszta to P, Mg, Ca, Fe.

Witaminy: 5 do 40 mg w 100g ziemniaków jest witaminy C, która po 6 miesiącach przechowywania ziemniaków  stanowi  już tylko 1/3 stanu początkowego. Witamina B? w 100g ziemniaka jest od  50-150mg, oraz niewielkie ilości witaminy A. Ziemniak nie posiada  witaminy D.

W ziemniaku znajduje się też trujący alkaloid solanina. W bulwach solaniny jest od 2-20 mg w 100g świeżej masy, a w owocach 560 mg-1,08 g. Dość solaniny jest w zielonych ziemniakach i w ziemniakach podkiełkowanych.

Z ziemniakiem wiąże się ściśle ?skrobowość?  ziemniaka, którą oznacza się metodą fizyko-chemiczną za pomocą polarymetru. W praktyce rolniczej skrobię oznacza się najczęściej metodą fizyczną na podstawie ciężaru właściwego bulw za pomocą wagi hydrostatycznej. Ciężar właściwy bulw: 1,06 to około 10% skrobi; 1,08 o około 14% skrobi; 1,10 to około 14% skrobi; 1,12 to około 18% skrobi.

Wartość energetyczna ziemniaków wbrew pozorom nie jest duża i wynosi 87 kcal (366KJ/100g).

Ziemniak w warunkach Polski do świąt Bożego Narodzenia  należy traktować jak warzywo.