Цветки тысячелистника обыкновенного содержат горький алкалоид ахилеин, летучие масла с содержанием: хамазулена, проазулена, туйона, борнеола, пиненов, камфоры, эугенола, пинеола, флавоноид лютеолин-7-гликозид, сесквитерпеновые лактоны (матрицин, милефолид, балханолид, балханолид-ацетат), органические кислоты (уксусную, муравьиную, изовалериановую, салициловую), сложные эфиры и спирты, холин, аспарагин,летучие масла, дубильные вещества, фитонциды, витамины С и К, каротин.