Характерний запах лимона зумовлений наявністю ефірної олії в різних частинах рослини. М’якоть плодів містить значну кількість органічних кислот (лимонної, яблучної), пектинові речовини, фітонциди, каротин, вітаміни A, B1, B3, C (до 85 %), P, флавоноїди, похідні кумарину. Основні компоненти ефірної олії лимона — алімонен (до 90 %) і цитраль (до 5 %). У насінні є жирна олія та гіркоти.
Лимони вживають у свіжому вигляді, а також використовують при виготовленні кондитерських виробів і безалкогольних напоїв, у лікеро-горілчаній і парфумерній промисловості, у кулінарії. Лимон — профілактичний і лікувальний засіб при гіповітамінозах та атеросклерозі. В англійському флоті наприкінці XVIII ст. було запроваджено обов’язкове вживання 30 г лимонного соку щодня, що надійно захищало моряків від цинги в далеких плаваннях. Завдяки вживанню лимона матросами кораблів «Надежда» і «Нева» під командуванням адмірала Крузенштерна в 1803—1806 рр. під час навколосвітньої подорожі не сталося жодного випадку цинги. У середньовіччі вважали, що лимони захищають від чуми та є протиотрутою при укусах змій.
Існує давня кавказька легенда, що розповідає про те, як улюбленець одного з царів потрапив у немилість і був ув’язнений. У тюрмі йому дозволили обирати їжу на свій смак. На подив усіх, в’язень вибрав лимони, пояснивши, що їхній аромат піднімає настрій, шкірка та зерна корисні для серця, м’якоть — поживна, а сік втамовує спрагу.
Східна медицина вважала лимон чудовим засобом для лікування ран і легеневих хвороб, а також протиотрутою при різних отруєннях. У XI ст. Авіценна писав про лимон як про найкращі ліки при хворобах серця, радив вживати його вагітним жінкам і при жовтяниці. Нині лимонний сироп і лимонну олію, отриману зі свіжої шкірки, застосовують для покращення смаку та запаху ліків. Були спроби застосовувати лимонний сік для лікування сечокислого діатезу й набряків, настойку лимонної цедри — як засіб для підвищення апетиту, заспокійливий і протиблювотний засіб.
У народній медицині лимон використовували як вітамінний засіб при цинзі, як допоміжний лікувальний засіб при жовтяниці, набряках, сечокам’яній хворобі, ревматизмі, подагрі, при гастритах зі зниженою кислотністю; зовнішньо — розчином соку в воді полоскали рот і горло при ангіні та запаленнях слизової оболонки рота, використовували для примочок при грибкових ураженнях шкіри й екземах.
Лимон широко застосовують як косметичний засіб — лимонна вода пом’якшує і відбілює шкіру обличчя, її використовують у суміші зі збитим яєчним білком, гліцерином і одеколоном, щоб позбутися веснянок, пігментних плям і омолодити шкіру обличчя. Сік лимона загоює тріщини на шкірі, зменшує ламкість нігтів.