西瓜果實的主要成分是糖、酸、纖維素和礦物鹽等。果實成熟的主要表現是果肉組織變軟、水分增加、折光糖含量急增、色澤加深等。
一、糖分
西瓜果實中糖的組成主要是果糖、葡萄糖、蔗糖。幼果中出現少量澱粉，而成熟果中很少發現。
總糖在發育的前半期不斷增加，其後增加緩慢，到坐果後的45天呈減少的傾向。葡萄糖、果糖等還原糖在發育的前半期增加較快，高峰出現較早，到坐果30天以後還原糖的增加停滞，到40天以後急劇減少。而蔗糖在發育的前半期甚少，30天以後開始劇增。
在同一果實不同的部位，折光糖含量也存在差異。一般向陽面折光糖含量較陰面（着地面）的高，臍部（收花處）較基部（近果柄處）的高，中心部位較近皮部的高，這種差異因品種而不同。
西瓜除含有糖以外，還含有1.4％的纖維素和半纖維素，約1％的果膠。
二、有機酸
西瓜的含酸量較少，在多數情況下隻略有酸味，果實生長初期含量較高。不同栽培條件和不同成熟度果實的含酸量在0.02％～0.12％，pH值為5～6。一般采摘過早、營養不良的西瓜含酸量較高。西瓜在成熟過程中，果汁中的有機酸略有升高，但由于蔗糖明顯增加，糖酸比提高，風味增加。
三、維生素
西瓜中維生素主要為維生素C和維生素A。據日本食品标準成分分析，西瓜維生素C的含量隻有5mg/100g。據分析5個品種成熟果實維生素C的含量為2.85～6.63mg/100g。維生素C的含量随果實的成熟而增加，開花後20天為2.10～2.46mg/100g，而開花後30天為3.72～4.14mg/100g。
在西瓜中，作為維生素A原的β-胡蘿蔔素含量因品種不同而異。每百克果肉中含β-胡蘿蔔素0.79～4.05μg，與果肉色澤關系不大。
四、色素
西瓜果肉的顔色有乳白、淡黃、深黃、桃紅、大紅等。不同肉色所含的色素種類不同，紅肉種以茄紅素為主，黃肉種以葉黃素為主，橙肉種則含茄紅素、葉黃素、胡蘿蔔素。肉色深淺與各自的色素含量和比例有關。
西瓜果實發育過程中色素的變化，以紅肉種為例，雌花開放15天左右，在胎座中央開始出紅色，果實邊緣尚未着色，茄紅素含量也低。随着果實的生長，色素逐漸增加；接近成熟時，色素增加明顯。因此，色澤是果實成熟的重要标志。 色素的形成與溫度有關。
色素自果實内部形成，因此，着色的适溫範圍尚不明确。一般果實的向陽面着色比陰面好。陽面溫度較高，有利于色素的形成。陽面果表溫度高達34～40℃時，果實表面灼傷，紅肉種也會變成近橙色。
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