Корни горечавки желтой содержат монотерпеновые гликозиды – горечи (генциопикрин и амарогенцин, генциин, гентизин, генциамарин, генциакаумол, генцианоза), флавоноиды, алкалоиды генцианин и иридоиды, катехины, а также полисахариды, пектиновые вещества, аскорбиновую кислоту, жирные масла, а также эфирное масло, дубильные вещества.

Корень горечавки желтой активно применяли еще со времен средневековья как классическое горькое средство для лечения многих тяжелых заболеваний (чума, туберкулёз легких и др.), а также для возбуждения аппетита, как желчегонное средство и при подагре. Корни хорошо помогают при расстройствах и чувствах тяжести в желудке, анацидных и гиперацидных гастритах, метеоризме,  заболеваниях печени и желчного пузыря, как противоглистное, при ревматизме, артрите, аллергии, малярии, как противокашлевое, при дизентерии, желтухе, изжоге, цинге, с целью повышения аппетита, борьбы с коликами, запорами.