Содержит эфирное масло (азулен), камфару, муравьиную, уксусную, изовалериановую кислоты, витамины, инулин, минеральные вещества.

Оказывает спазмолитическое, гемостатическое, противовоспалительное, желчегонное действие. Настой и сок способны останавливать кровотечения, особенно маточные, обладают антимикробным действием, применяются при повреждении кожи, полезны в терапии атеросклероза, стимулируют лактацию, обладают противосудорожным и закрепляющим действием. При приеме настоя боли, связанные с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, проходят, восстанавливается аппетит. Сок свежих листьев обладает фитонцидным действием, применяется при гнойных заболеваниях, для обработки ран.

В пищу используются листья, цветки, молодые побеги. Веточки тысячелистника используются для засолки и маринования огурцов, грибов, кабачков.

Употребление тысячелистника в большом количестве может вызвать отравление, сопровождающееся головокружением, высыпаниями на коже.