经艰苦的科学研究，生化学家发现，几乎所有的成熟病毒都有两种类别一样的基本化学组成，它们是由核酸（DNA或RNA）和蛋白质。但也有少数特殊的情况，个别病毒，只有核酸没有蛋白质，如类病毒。有些病毒，除了核酸和蛋白质外，还含有一定量的脂类物质（双层脂质）及碳水化合物（多糖分子），等等。一个标准的病毒粒子，是由DNA或RNA病毒核酸，构成髓核。髓核被蛋白质衣壳所包围。髓核和衣壳，统称为核衣壳，也叫核心。有些病毒的核衣壳外面，包被着一层囊膜，而囊膜则是由双层脂质、蛋白质和多糖组成。
1.病毒的核酸
病毒里的核酸，位于病毒体中心，被称为髓核。它的化学成分为DNA或RNA，含有DNA的病毒叫作DNA病毒，含有RNA的叫作RNA病毒。各种病毒有不一样的核酸，这些核酸有的很大，有的却十分小，差别悬殊。自然界里，微小病毒的核酸只有5000个核苷酸组成，而最大的痘类病毒的核酸，则有约400万个核苷酸组成。
病毒内部的核酸携带着病毒的全部的遗传信息，是病毒的基因组。病毒进行细胞后，它的基因组的序列，必须被易感宿主细胞所解码，才能被识别、复制、转录并转译出多种病毒需要的蛋白。一般来说，一种病毒的病毒颗粒，只含有一种核酸，要么是DNA，要么是RNA，二者必居其一。这些核酸有的是单链，有的是双链，还有的是环状，这与它们不同的起源有关。不同种类的病毒，其核酸含量，天差地别。如：流感病毒的核酸的质量，还不到整个病毒颗粒质量的1%；大肠杆菌噬菌体的核酸质量，却占整个病毒颗粒质量的一半还多。这样看来，每种病毒颗粒中的核酸含量并不一致，这和它的结构和功能，也有一定的关系。结构复杂的病毒，有较多的核酸，结构简单的病毒，只需较少的核酸。
2.病毒的蛋白质
蛋白质，是病毒除了核酸以外另一种主要成分，包括结构蛋白和非结构蛋白。非结构蛋白是指由病毒基因组在细胞里编码的，在病毒基因复制或基因表达调控过程中，具有一定功能，但不结合于病毒颗粒中的蛋白质，它们通常是酶。结构蛋白，是指构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质，包括壳体蛋白、囊膜蛋白和毒粒酶等。显微镜下观察病毒体中含有35种以上的蛋白质。
（1）结构蛋白
结构蛋白，是组成病毒体的蛋白成分，如病毒体的衣壳、基质或囊膜。
脊髓灰质炎病毒衣壳蛋白，仅由4种多肽亚单位所组成。
囊膜蛋白，在核衣壳成熟时，随着核衣壳一起经过细胞的核膜或胞质膜释放出来，因此它也具有跨膜的能力，大部分囊膜蛋白分子，突出在病毒体外，而且是糖蛋白。有些囊膜上的糖蛋白在电子显微镜下可见，并有一定形状的刺突。在流感病毒和人类免疫缺陷病毒中，这些刺突形状的糖蛋白具有较高的抗原性，可诱生机体的体液免疫及细胞免疫应答。囊膜蛋白主要包括糖蛋白和基质蛋白两种。
基质蛋白，是连接衣壳蛋白与囊膜（囊膜）蛋白的部分，基质蛋白具有跨膜及锚定的功能。
壳体蛋白，它是构成了病毒壳体结构，它是一条或多条折叠排列的多肽链——蛋白质亚基，它是构成壳体蛋白的最小单位。
壳体蛋白的主要功能是：
①构成病毒的壳体，保护病毒的核酸。
②无囊膜病毒的壳体蛋白，参与病毒的吸附、侵入，决定病毒的宿主嗜性，同时它们还是病毒的表面抗原。
囊膜蛋白
囊膜蛋白是构成病毒囊膜结构的蛋白质，包括囊膜多糖蛋白和基质蛋白两类。基质蛋白，构成了双层脂质与核衣壳之间的亚膜结构，具有支撑表面囊膜、维持病毒结构的作用，并在病毒出芽成熟过程中，发挥举足轻重的作用。
囊膜蛋白的主要功能是：
①它是病毒的主要表面抗原，它们与相应的细胞受体相互作用，启动病毒对细胞的发生感染。
②有些病毒的囊膜蛋白还能介导病毒侵入寄主细胞。
③囊膜蛋白还可能具有许多特殊的性质，如：凝集脊椎动物红血球细胞、细胞融合以及酶等。
毒粒酶
毒粒酶主要有两大功能，根据功能，毒粒酶大致分为如下两类：
①参与病毒侵入宿主细胞、从细胞中释放等过程，如T4噬菌体的溶菌酶。
②参与病毒合成大分子蛋白质工作，如逆转录病毒的逆转录酶。
（2）非结构蛋白
非结构蛋白，可以存在于病毒体内，具有酶的催化功能的蛋白，如病毒的逆转录酶、蛋白水解酶、DNA多聚酶、胸腺嘧啶核苷激酶等。但也可能不存在于病毒体内，而只存在于被感染的细胞内，例如抑制细胞生物合成的蛋白、抑制病毒抗原、组织相容性抗原。
有些非结构蛋白，具有转化宿主细胞的危险作用，它的机制通过激活细胞的癌基因起作用。细胞蛋白的基因直接转化为癌变基因。
有些病毒的非结构蛋白，还具有抗细胞因子或抗细胞凋亡作用。
3.病毒的脂质
许多病毒的囊膜内，存在有各种不同的脂类物质，如磷脂、脂肪酸、甘油三酸脂和胆固醇等。这些种类不同的脂类，几乎都是由病毒粒子在寄主细胞内成熟后，在细胞膜处以出芽方式释放的时候，直接从寄主细胞膜上掳取得到。病毒囊膜上的脂类，有利于病毒吸附和侵入寄主细胞。
4.病毒的碳水化合物
除病毒的核酸中所含戊糖外，有的病毒还含有少量的碳水化合物，为核糖或脱氧核糖和磷酸组成的核酸骨架。在有囊膜病毒中，碳水化合物以寡糖侧链的形式（多糖）与蛋白质结合，形成囊膜上的多糖蛋白。
5.其他组成方式
自然界里某些动物、植物病毒，存在着特殊的多胺类有机阳离子，包括丁二胺、亚精胺、精胺等，它们大都结合于病毒核酸，对核酸的构型，有一定影响。在某些病毒的病毒体中，还发现有其他一些小分子量组分，如三磷酸腺苷（ATP），它对噬菌体尾鞘收缩游动，提供能量。