De meest waardevolle bestanddelen zijn verschillende zwavelhoudende verbindingen en hun afbraakproducten. Het geurloze alliine, een zwavelhoudend aminozuur, dat voor ongeveer één procent in de verse knoflookbol zit, wordt bij het pletten van de knoflookteentjes door een chemische reactie omgezet in het geurintensieve allicine. Andere waardevolle bestanddelen zijn vitaminen, slijmstoffen, flavonoïden en saponinen.
In de geneeskunde worden knoflookpreparaten meestal vers gebruikt, gedroogd als poeder, ook in capsules, en minder vaak als olie-extract of distillaat.
Knoflook heeft een antibacteriële, antivirale, schimmelwerende en celbeschermende werking. Bovendien heeft het een verlagend effect op het vetgehalte en de bloeddruk in het bloed, verbetert het de elasticiteit van de bloedvaten, verdunt het het bloed en heeft het een preventieve werking tegen aderverkalking.
In de volksgeneeskunde werd knoflook altijd al gebruikt om de alertheid te ondersteunen, verkoudheid te voorkomen, het maagdarmkanaal te stimuleren en uitwendig tegen wratten.
Nieuw onderzoek wijst op immuunversterkende effecten van knoflook. Momenteel wordt getest of het ook werkzaam is tegen chronische inflammatoire darmziekten, parasitaire infecties en allergische astma.