黑香米的蛋白质含量显著高于普通大米。据广西农业大学对黑香米进行的品质分析，其蛋白质含量达9.7%，18种氨基酸种类齐全，总量达8.7%。相比之下，香黑米的蛋白质含量更高，可达10.1%，比普通大米高出5.6%。现代研究进一步证实，黑香米在多种必需氨基酸含量上明显优于普通白米，其中苏氨酸含量比对照高出58.66%，异亮氨酸高出66.82%，亮氨酸高出57.29%。当黑香米与香米等其他类型水稻聚合时，还会产生氨基酸含量的增加效应，使其营养价值更为突出。
黑香米最独特营养成分是其外皮中富含的花青素。研究显示，不同品种的黑香米花青素含量可达每100克84.39至109.29毫克。这些花青素主要由矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和芍药素-3-O-葡萄糖苷两种成分组成。花青素是天然的强效抗氧化剂，能够有效清除体内自由基，延缓细胞老化。研究表明，黑香米在花色苷等活性物质含量上显著高于普通黑米，具有明显的抗氧化、抗疲劳作用。
黑香米在矿物质含量方面表现卓越。据检测，黑香米中钙含量可达445PPM，磷含量为2756.6PPM，铁含量为9.5PPM。新创制的黑香米品系中，钙元素和锌元素含量最高分别达1370.8毫克/公斤和60.3毫克/公斤，铁元素含量变幅范围为57.0～82.3毫克/公斤。与其他类型特种稻的比较研究也证实，黑香米的镁含量比普通白米高出19.69%，铁含量高出13.60%，锌含量更是高出45.59%。这些丰富的矿物质对骨骼健康、造血功能以及维持身体正常代谢都至关重要。
传统中医认为，黑香米具有滋阴补肾、健脾暖肝、明目活血的功效。在《本草纲目》中就有相关记载，黑香米享有"贡米"、"药米"、"长寿米"的美誉。现代临床实践证实，黑米有助于治疗贫血、神经衰弱和妇女产后体弱等症状。儿童食用黑米有利于促进生长发育、增强智力，是一种优质的健脑食品。研究还发现，黑香米具有降血脂、抗动脉粥样硬化、改善睡眠、增强免疫力等多种保健功能。但需注意，黑香米中铜含量较高，肝豆状核变性或高铜血症患者不宜食用。