Die Walnuss gehört, so wie andere Nüsse und Samen, zu den Nahrungsmitteln mit der höchsten Nährstoffkonzentration. Zusammen mit der Paranuss ist sie wegen ihres hohen Fettgehaltes (Öl) die Nuss mit dem höchsten Energiewert. Sie hat einen sehr hohen Gehalt an Linolsäure (essentielle Fettsäure) und Linolensäure (Omega-3-Fettsäure, wie sie auch in Fisch enthalten ist). Walnüsse enthalten bis zu 14,3 % biologisch hochwertiges Eiweiß. Durch die Kombination von Walnüssen mit Getreide enthält man eine sehr gute Zusammensetzung der Aminosäuren Methionin (im Getreide), Lysin (in der Walnuss) und Threonin (in der Walnuss), dadurch erhält man vollwertige Proteine, welche einen Fleischkonsum ersetzen.
Die Walnuss ist ein guter Lieferant der Vitamine B1, B2, B3 und B6. Sie ist eines der Vitamin-B6-reichsten Lebensmittel. Dieses wird für die Funktionsfähigkeit des Gehirns und die Produktion roter Blutkörperchen benötigt. Die Walnuss enthält viel Phosphor, Kalium, Eisen, Magnesium und Kalzium. Sie ist besonders reich an den Spurenelementen Zink, Kupfer und Mangan. Walnüsse sollte man sehr gut kauen, damit sie gut verdaut werden können. Die Walnuss eignet sich bei folgenden Krankheiten: