Характерный запах лимона обусловлен наличием эфирного масла в различных частях растения. Мякоть плодов содержит значительное количество органических кислот (лимонной, яблочной), пектиновые вещества, фитонциды, каротин, витамины A, B1, B3, С (до 85 %), Р, флавоноиды, производные кумарина. Основные компоненты эфирного масла лимона — алимонен (до 90 %) и цитраль (до 5 %). В семенах есть жирное масло, горечи.
Лимоны употребляют в пищу в свежем виде, а также используют при изготовлении кондитерских изделий и безалкогольных напитков, в ликероводочной и парфюмерной промышленности, в кулинарии. Лимон — профилактическое и лечебное средства при гиповитаминозах и атеросклерозе. В английском флоте в конце XVIII в. был введен обязательный прием 30 г лимонного сока ежедневно, что надежно охраняло моряков от цинги в дальних плаваниях. Благодаря употреблению лимона матросами кораблей «Надежда» и «Нева» под командованием адмирала Крузенштерна в 1803 — 1806 гг. во время кругосветного путешествия не было ни одного случая цинги. В средние века считали, что лимоны предохраняют от чумы и являются противоядием при укусах змей.
Существует древняя кавказская легенда, повествующая о том, что любимец одного из царей впал в немилость и попал в тюрьму, где ему предложили выбирать пищу по вкусу. К удивлению окружающих узник выбрал лимоны, сказав, что их аромат веселит, кожура плодов и зерна полезны для сердца, мякоть служит пищей, а сок утоляет жажду.
Восточная медицина считала лимон прекрасным лечебным средством для лечения ран и легочных заболеваний и противоядием при различных отравлениях. В XI в. Авиценна писал о лимоне как о лучшем лекарстве при болезнях сердца, рекомендовал употреблять его в пищу беременным женщинам и при желтухе. Сейчас лимонный сироп и лимонное масло, полученное из свежей кожуры, применяют для улучшения вкуса и запаха лекарств. Были попытки использовать лимонный сок для лечения мочекислого диатеза и отеков, настойку лимонной корки или цедры — как средство, повышающее аппетит, седативное и противорвотное.
В народной медицине лимон применяли как витаминное средство при цинге, как дополнительное лечебное средство при желтухе, отеках, мочекаменной болезни, ревматизме, подагре, при гастритах с низкой кислотностью; наружно раствором сока в воде полоскали рот и горло при ангине и воспалительных процессах слизистой рта, использовали для примочек при грибковых поражениях кожи и экземах.
Лимон широко применяют как косметическое средство — лимонная вода смягчает и отбеливает кожу лица, ее используют в смеси со взбитым яичным белком, глицерином и одеколоном, чтобы избавиться от веснушек, пигментных пятен, омолодить кожу лица. Сок лимона заживляет трещины на коже, уменьшает ломкость ногтей.