Zitronensaft ist reich an organischer Citronensäure (etwa 250 - 400 g/l), daneben kommen in kleineren Mengen Apfelsäure und andere Fruchtsäuren (z.B. Chinasäure, Bernsteinsäure) vor.

Obwohl der reine Presssaft ausgeprägt sauer schmeckt, entfaltet er im Körper eine alkalische Wirkung, vorausgesetzt es wird kein Zucker zugefügt (siehe Säure-Basen-Gleichgewicht). Reiner Zitronensaft ist ein hochwirksames Antiseptikum und leistet als "heiße Zitrone" (Saft zweier Zitronen in einem Achtelliter heißem Wasser) wertvolle Dienste bei Erkältungskrankheiten.

Der Vitamin-C-Gehalt ist mit ca. 50 mg/100 g dem anderer Citrusfrüchte (z.B. Orangen) vergleichbar.

Natürliches Vitamin C mit Citrus-Bioflavonoiden ist um einiges wirksamer als synthetisches (Ascorbinsäure). Es bekämpft als Antioxidans Freie Radikale, die vermutlich bei der Entstehung von Tumoren eine wichtige Rolle spielen und zerstört krebserregende Nitrosamine. Das zu den Monoterpenen zählende D-Limonen (Bestandteil von Zitrusöl) senkt darüberhinaus möglicherweise das schädliche LDL-Cholesterin und beugt so Herz- und Gefäßerkrankungen vor.

(Ernährungs-Umschau 49 (2002), Heft 8)

Verarbeitet werden die Früchte des Zitronenbaumes (Citrus limon) und die eng verwandten Limetten, die auch im Reifezustand ein gelbgrünes, sehr saftiges Fruchtfleisch haben.

Zitronensaft wird ähnlich wie Limettensaft in erster Linie als aromagebender Zusatz in vielerlei Erfrischungsgetränken (siehe Limonaden) und Lebensmitteln verwendet; der unverdünnte Frischsaft ist aufgrund seines hohen Säuregehaltes (s. u.) praktisch ungenießbar.