噬菌体主要由核酸和蛋白质组成，少数特殊的噬菌体，还含有少量的非核酸糖或类脂质。
1.蛋白质
蛋白质构成了噬菌体的全身上下所有的外壳或复合形态的头壳、尾部及其他附件。蛋白质也成就了噬菌体独一无二的抗原性。因此，只要把它注射到动物体内，就可产生许多种特异性抗体，其中的中和抗体能阻止噬菌体吸附于细菌外壁，从而阻止感染的发生，而且中和抗体又不会使噬菌体失活。
2.核酸
核酸组成了噬菌体最重要的基因组。噬菌体一般只含一种核酸，或为DNA，或为RNA，或为双链或为单链，或为线型或为环型。大多数噬菌体都含双链DNA。噬菌体的DNA与其他生物一样，也是由核苷酸按特殊的规律聚合而成的，它的DNA上也含4种碱基——腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C），并且它们也同样遵守A=T、G≡C的碱基配对原则。但是有些奇怪噬菌体含有与正常碱基完全不同的异常碱基，如T偶数噬菌体或其他一些噬菌体，以羟甲基胞嘧啶代替胞嘧啶。还有的噬菌体竟会以羟甲基尿嘧啶或尿嘧啶代替胸腺嘧啶，或以甲基胞嘧啶代替胞嘧啶。这种异常碱基的到底有什么功能，现在世界上还没有人能了解，但正是由于有了这3个异常碱基，给科学家们研究噬菌体DNA在细菌细胞内复制的工作，带来了极大的方便。人们还发现，少数噬菌体的羟甲基胞嘧啶的羟甲基还会与葡萄糖残基相连接。