植物性食物中，除營養成分之外的具有生物活性的化學物質。這類物質不具有營養作用，但具有生物活性，具有防治疾病，尤其是慢性非傳染性疾病的作用。依據化學結構的不同，可分為酚和多酚類、類胡蘿蔔素、有機硫化合物以及植物固醇、萜類等；按生物活性的不同，可分為抗氧化物、植物雌激素、蛋白酶抑制劑等。
酚和多酚類化合物 包括酚酸、類黃酮、花色素苷和單寧等，不同的酚類化合物<，具有不同的生物活性，如谷類和蔬菜水果中的酚酸、茶中的茶多酚、柑橘中的黃烷酮、葡萄中的原花青素、豆類中的異黃酮等酚類化合物具有多種生物活性。酚類化合物均屬於抗氧化劑，具有抗氧化作用，可直接清除自由基、絡合誘導氧化的金屬離子、再生體內抗氧化體系，可防止自由基對組織細胞的損害，具有抗誘變和抗癌作用；多酚類可降低血膽固醇水平、抑制血小板聚集、預防血栓形成、降低心血管疾病的發生；類黃酮具有抗病毒活性，對感冒病毒和引起呼吸道感染的病原菌有拮抗作用。
類胡蘿卜素 一組百種以上存在於蔬菜水果中的色素，呈現黃、紅、橘黃等顏色。其中β–胡蘿卜素呈橘黃色，可在體內轉化為維生素A，已歸類於維生素類。備受關註的是番茄紅素和葉黃素。
番茄紅素在體內不能合成，須由食物供給，主要來源是番茄及其制品、西瓜、番木瓜、番石榴、粉紅色葡萄也含番茄紅素。番茄紅素是強抗氧化劑，抑制自由基對大分子的蛋白質、DNA、RNA的損傷，具有抗癌和防止動脈粥樣硬化的作用。葉黃素廣泛存在於水果和蔬菜中，在體內不能合成，要由食物供給，在體內以晶狀體和視網膜濃度最高，葉黃素可減少白內障和黃斑病變發生。
有機硫化合物 包括異硫氰酸鹽、二硫醇硫酮、蒜素等。異硫氰酸鹽存在於十字花科蔬菜中，動物實驗證實異硫氰酸鹽可抑制動物肺癌和消化道癌發生，但對人的抗癌作用尚待證實。二硫醇硫酮存在於卷心菜、甘藍等蔬菜中，動物實驗表明有抑制化學致癌物的作用。蒜素在蔥屬蔬菜中含量較高，蒜素具有降低膽固醇、抗血小板聚集、抗血栓形成作用，研究證實，多食大蒜、大蔥有利於預防胃癌、食道癌的發生。