碳酸饮料主要成分为糖、色素、甜味剂、酸味剂、香料及碳酸水等，一般不含维生素，也不含矿物质，并且含有碳酸、磷酸等化学成分。碳酸饮料的主要成分是水，饮用后可补充身体因运动和进行生命活动所消耗掉的水分和一部分糖、矿物质，对维持体内的水液电解质平衡有一定作用。
碳酸饮料中含有大量的色素、添加剂、防腐剂等物质，这些成分在体内代谢时反而需要大量水分，而且可乐含有咖啡因也有作用，会促进水分排出，所以碳酸饮料会越喝越渴。碳酸类饮料因磷含量过高，过量饮用会导致体内钙、磷比例失调，造成发育迟缓。磷酸等成分，进入人体后会和钙发生反应，对牙齿、骨骼有重要影响。
碳酸饮料中的色素成分在我国食品中添加是有严格限制的，凡是肉类及其加工品、鱼类及其加工品、醋、酱油、腐乳等调味品、水果及其制品、乳类及乳制品、婴儿食品、饼干、糕点都不能使用人工合成色素。只有汽水、冷饮食品、糖果、配制酒和果汁露可以少量使用，一般不得超过1/10000。
碳酸饮料中的添加剂是指为改善食品品质和色、香、味以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或天然物质。食品添加剂一般可以不是食物，也不一定有营养价值，能起到防止食品腐料变质、增强食品感官性状或提高食品质量的作用。
碳酸饮料的碳酸水成分都是由被加压的二氧化碳通过水做成。加压之压力比标准大气压力更强，使其增加溶解度，令更多二氧化碳溶入。当瓶盖打开，压力被释放，气体形成泡沫出来，如此形成独特泡沫。碳酸水出名是好处是去除污迹，例如咖啡杯中的咖啡污迹，或银的污迹。据说葡萄酒污迹可以混入食盐，然后加入大量碳酸水去除。