В листьях, ветках, молодых стеблях и незрелых плодах содержится эфирное масло (петигреневое померанцевое масло). Выход эфирного масла из свежих цветков 0,1—0,2 %, из кожуры плодов — 1,2—2 % (на сырую массу). В состав масла входят камфен, β-пинен, дипентен (и лимонен), L-линалоол, D-α-терпинеол, нерол, гераниол, сесквитерпены. Масло из кожуры плодов по запаху напоминает лимонное, а по составу и свойствам — апельсиновое. В составе масла обнаружены α-лимонен (97—98 %), α-пинен, оцимен, мирцен, терпинеол, D-камфен, D-линалоол, нерол, фарнезол, неролидол и другие соединения.
Эфирное масло из цветков (неролиевое масло) очень приятного запаха. В его состав входят лимонен, сложные эфиры линалоола и гераниола, а также метиловый эфир антраниловой кислоты, придающий маслу нежнейший аромат.