常久以來，核桃一直被人們視為是一種兼具營養和美味的保健食品，不管是中醫藥典或西方民俗療法，都記載著核桃具有預防及治療疾病的功效。因此核桃一直是科學家致力研究的對象，雖然許多有關核桃神奇的療效尚未完全被科學界證實，然而大部分關於核桃的研究報告都是給予正面及肯定的結果。就營養學的觀點，核桃的營養價值主要可以分成以下幾個部分：
提供充足的熱量：核桃如同其他堅果，皆屬於熱量相當高的食品。以加州胡桃而言，每100克的可食部分約可提供630仟卡的熱量，相當於白飯熱量的3到4倍。核桃的熱量主要來自豐富的脂質及蛋白質，過去許多地區必須仰賴核桃補充生活所需的熱量，然而隨著生活日趨富裕，核桃提供的高熱量似乎不再那麼重要，反而令肥胖者及愛美的女士們望之怯步。
富含必需脂肪酸：每一百克核桃可食部分約含有高達68克的脂質，其中大部分為亞麻油酸及次亞麻油酸等多元不飽和脂肪酸，佔總脂肪酸含量約70 %（而單元不飽和脂肪酸及飽和脂肪酸的比例分別為18 % 和12 %。因此核桃雖然脂質含量高，但其脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，因此食用核桃並不會造成人體心血管的負擔。值得一提的是，核桃含有豐富的亞麻油酸（58%）及次亞麻油酸（12%），這兩種脂肪酸都是維持人體健康所不可或缺的必需脂肪酸，尤其次亞麻油酸是屬於omega-3型式的脂肪酸，近年來相當熱門的二十碳五烯酸（EPA）及二十二碳六烯酸（DHA）也是omega-3型式的脂肪酸，文獻指出這類omega-3型式脂肪酸對降低血脂及膽固醇有相當顯著的效果。
良好的蛋白質來源：人類對蛋白質的需求通常是「質重於量」，而核桃的蛋白質是兼具質優量多的特點，每一百克核桃可食部分含有14.4克的蛋白質，其中大部分是屬於易消化吸收的優質蛋白，而從核桃的胺基酸成分可知，核桃的胺基酸種類相當廣泛，除了含有多種人體無法自行合成的必需胺基酸外，其所含多種胺基酸是其他植物性食物難以攝取到的。因此素食者若能食用核桃同時配合其他豆類製品，則可獲得身體所需的完整蛋白質。
豐富的纖維：核桃的纖維質相當的豐富，每一百克核桃可食部分含有9.7克纖維，再加上核桃含有高量脂質，因此食用核桃易讓人感到飽足。此外纖維在體內可以促進腸胃蠕動、幫助消化及排便，避免便秘發生；更有研究指出攝食纖維有助於體內降低膽固醇含量預防心臟病、腦溢血等心血管疾病。
其他維生素及礦物質：核桃含有多種維生素及礦物質，在維生素方面，核桃的高脂質可以攜帶脂溶性的維生素如維生素A及E，此外核桃亦含有維生素C、維生素B1、B2、葉酸、泛酸、菸鹼酸等水溶性維生素。而在礦物質方面，核桃含有鐵、鋅、銅、鎂、磷等礦物質，其中鈉的含量相當低，每一百克可食部分僅含有10毫克，相當符合現代飲食低鈉的健康訴求。除了上述基本營養素外，核桃還含有數百種相當微量的「微營養素」，包括一些色素及多酚類化合物等，目前科學對這些微營養素所知不多，根據已知的資料，這些微營養素和體內的營養素之間會有交互作用，並有研究指出，某些微營養素具有抗氧化、增強免疫力、抗腫瘤、抑菌等效果。
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