西瓜果肉成分包括蛋白质、葡萄糖、蔗糖、果糖、苹果酸、瓜氨酸、谷氨酸、精氨酸、磷酸、内氨酸、丙酸、乙二醇、甜菜碱、腺嘌呤、蔗糖、萝卜素、胡萝卜素、番茄烃、六氢番茄烃、维他命A、B、C等，挥发性成分中含多种醛类。
西瓜果实的干物质量最初仅为5％，而到成熟时可达10％～11％。果实中的糖主要是果糖、葡萄糖和蔗糖。幼果中出现少量淀粉。总糖在发育的前半期增加较快，其后增加缓慢，至收获期呈减少的趋势，果糖、葡萄糖在发育的前半期增加较快，坐果22天以后增加很少，25天后则明显减少，而蔗糖在发育前半期甚少，开花后22天开始急剧增长。蔗糖的含量高低决定了果实的甜度。
果肉中维生素的含量较少，以维生素C和胡萝卜素为主。可食部分维生素C含量为100毫克/千克。果实不同发育阶段的含量，随果实的成熟而增加，开花后15天为21.0～24.6毫克/千克，而开花后20天提高到37.2～41.4毫克/千克。胡萝卜素含量为4.05毫克/千克。含量高低与果肉色泽关系不大。有机酸主要是柠檬酸、苹果酸和甲酸，含量较少。
