В траве душицы обнаружено эфирное масло, главными компонентами которого являются тимол, цимол, карвакрол, сесквитерпены, геранилацетат, селинен, α-туйон, α-терпинен . Кроме того, растение содержит флавоноиды: апигенин, лютеолин, глюкоронид, лютеолин, глюкозид, изоройфолин, космосиин, аскорбиновую кислоту и дубильные вещества, макро- и микроэлементы, в семенах находится жирное масло.

Трава душицы оказывает отхаркивающее, желчегонное, мочегонное и седативное действие, действует успокаивающе на центральную нервную систему, обладает противомикробным и противовирусным эффектом.