В клубнях содержатся белки (до 2%), углеводы (крахмал — 13,1-36,8%, клетчатка, пектиновые вещества, моно- и олигосахариды: глюкоза, фруктоза, сахароза), витамины и минеральные соли.
Основным витамином является аскорбиновая кислота (10-54 мг%). В клубнях найден практически весь комплекс витамина В: В1, В2, В6, фолиевая и никотиновая кислоты. Кроме того обнаружены каротиноиды (альфа- и бета-каротин, виолаксантин, люгеин и др.).
В состав картофеля входит свыше 20 различных химических элементов. Он меняется в зависимости от сорта, почвенно-климатических условий и удобрений. Из минеральных солей преобладают соли калия (400-500 мг%) и фосфора (45-50 мг%), но есть и другие микро- и макроэлементы — железо (1 мг%), кальций (12-15 мг%), магний, марганец, никель, кобальт, йод. Из органических кислот — лимонная, щавелевая, яблочная. В кожуре клубней и всей надземной части растения содержится ядовитый гликоалкалоид соланин.
Из-за значительного разнообразия форм клубня и большого влияния факторов среды, особенно погодных условий, содержание веществ в клубне колеблется в широких пределах. Распределение веществ в клубне неравномерное. Наивысшим содержанием сухого вещества отличается кольцо сосудов, ближе к кожуре и к сердцевине его количество снижается. Такое же распределение характерно и для крахмала, на который в среднем приходится 75% сухого вещества, и для аскорбиновой кислоты. Содержание белков распределяется в обратном порядке, т. е. в паренхиме кожуры и в центре сердцевины оно является наивысшим. Минеральные вещества и алкалоиды находятся непосредственно под кожурой, преимущественно у вершинной части клубня. В покоящихся клубнях сухое вещество и крахмал концентрируются в основном у пуповинного конца, а не у вершинной части.
Содержание крахмала — сортовой признак, зависящий в значительной мере от продуктивности сорта. Для ранних сортов обычно характерно низкое содержание крахмала, для поздних — высокое.
Этот показатель обусловлен в основном генетически, но сильно варьирует под влиянием различных факторов. Клубни с высоким содержанием сухого вещества и крахмала обычно вкуснее.
Содержание растворимых углеводов в клубне обычно невелико. Продолжительное хранение картофеля при температурах около 0°С может привести к повышению содержания сахаров (преимущественно сахарозы) до 6-8%. С этим связано ухудшение вкусовых качеств и потемнение клубней при варке, что нежелательно для столовых сортов. «Сладкие клубни» можно сделать вновь пригодными в пищу, если хранить их при комнатной температуре или поместить в слегка нагретую воду. Большое количество сахара нежелательно для большинства продуктов, получаемых из картофеля.
Соланин распределяется главным образом во внешних слоях клубней: в кожуре его в 8-10 раз больше, чем в мякоти. Количество соланина в прорастающем картофеле увеличивается более чем в 4-5 раз. Много этого алкалоида накапливается при очень мелкой посадке. В последнем случае клубни нередко образуются у поверхности почвы, под действием солнечных лучей озеленяются и становятся горьковатыми.
В процессе отваривания клубней в кожуре соланин в основном сохраняется, а в очищенных он практически полностью разрушается. Позеленевшие клубни можно скармливать скоту только после предварительного запаривания.
Важной проблемой, касающейся качества товарной продукции картофеля, является проблема нитратов.
Причиной накопления нитратов в растениях служат не только биологические особенности возделываемых культур, но и условия минерального питания, отличающиеся большим разнообразием. Здесь огромная роль принадлежит правильному выбору доз азота и их сбалансированности с другими элементами питания.
В клубнях картофеля низкий уровень нитратов обнаружен в мякоти. В кожуре и сердцевине нитратов содержится в 1,1—1,3 раза больше.