يحتوي الليمون على العديد من المركبات الهامّة والمفيدة لصحة الإنسان، مثل المركبات الفينوليّة (Phenolic compounds) وخاصة مركبات الفلافونويد (Flavonoids)، هذا بالإضافة إلى احتوائه على الفيتامينات والمعادن والألياف الغذائيّة والزيوت الأساسيّة والكاروتينات، حيث ترتبط فوائد الليمون الصحيّة بمحتواه من هذه المواد، وخاصة الفيتامين ج ومركبات الفلافونويد؛ وذلك بسبب تأثيراتها المضادة للأكسدة.
وبشكل عام تشمل فوائد الليمون ما يأتي: تلعب مركبات الفلافونويد الموجودة في الفواكه الحمضية دوراً في محاربة السرطان، وقد وُجد لبعض المركبات الموجودة في الليمون دوراً في تحفيز موت الخلايا السرطانيّة ومنع تكاثرها، هذا بالإضافة إلى زيوته الأساسيّة التي تلعب دوراً أيضاً في كبح السرطان.
وُجد لبعض مركبات الفلافونويد الموجودة في الليمون تأثيرات خافضة لكوليسترول وليبيدات (دهون) الدم الأخرى في الجرذان المصابة بارتفاع الكوليسترول المحفز بالحمية.
يمكن أن يلعب حمض الستريك وبعض المواد الأخرى الموجودة في الليمون على رفع معدل الحرق في الجسم، وخفض خطر الإصابة بالسمنة، كما أنّ البكتين الموجود في قشور الحمضيات، والذي يتم عزله من قشور الليمون، يرفع من الشعور بالشبع ويقلل من كميات الطعام والسعرات الحرارية المتناولة، مما يساهم في محاربة السمنة وزيادة الوزن.
يعمل البكتين الموجود في الليمون على تحفيز تكاثر خلايا الأمعاء، وتحفيز عمل إنزيماتها، وزيادة إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة في المستقيم.
يساهم شرب عصير الليمون في العلاج التغذوي لمرضى التحصي البولي بالكالسيوم (Calcium urolethiasis) عن طريق زيادة حجم البول، مما يقلل من تركيز أملاح الكالسيوم وغيرها فيه، كما أنّه يمكن أن يرفع من طرح السترات، ويساهم تناول المشروبات ذات المحتوى العالي من حمض الستريك، مثل عصير الليمون، على خفض الشعور بالإرهاق، كما ويساهم حمض الستريك أيضاً في علاج تحصي البول بالكالسيوم؛ نظراً لأنّه يعمل كمانع طبيعي للتبلور في البول،
وبشكل عام يرتبط انخفاض مستوى السترات في البول بارتفاع خطر تكوّن حصوات الكلى، وتشير بعض الدلائل العلميّة إلى أنّ شرب لترين من عصير الليمون على مدار اليوم يمكن أن يرفع من مستوى السترات في البول بشكل ملحوظ، مما يمكن أن يخفض من خطر تكون حصوات الكلى في هؤلاء الأشخاص.
يحمل عصير الليمون صفات مضادة للبكتيريا.
يمكن أن يساهم مركب الهيسبيريدين (Hesperidin) الموجود في الليمون في علاج التهاب المفاصل الروماتويدي (Reumatoid arthritis) .
تعمل الزيوت الأساسيّة الموجودة في الليمون كمضادات بكتيريّة وفطريّة وفيروسيّة، ويعتبر السترال (Citral) الزيت الأساسيّ الرئيسيّ في الليمون الذي يحمل خواص مضادة للفيروسات.
وجدت دراسة أجريت على سيدات مصابات بارتفاع ضغط الدم ارتباطاً بين تناول الليمون بشكل يومي وانخفاض ضغط الدم الانقباضي، كما وُجدت نتائج مشابهة في جرذان التجارب لكل من الليمون ومستخلص قشر الليمون المائي.
يوجد بعض المؤشرات على أنّ أحد المواد الكيميائية الموجودة في الليمون (Eriodictyol glycoside) قد تحسّن من القدرة على السمع وتخفف من الدوخة والغثيان والقيء في الأشخاص المصابين بداء منيير (Meniere's disease)، ولكن يحتاج هذا التأثير إلى المزيد من الدراسات العلميّة.
يمكن أن يساهم تناول الليمون في تعويض جزء من الفيتامين ج في حالات مرض الأسقربوط (Scurvy) الذي يسببه نقص الفيتامين ج.
تشير العديد من الدراسات إلى دور كل من النارنجين (Naringin) والنارنجنين (Naringenin) الموجودة في الفواكه الحمضيّة والعنب في محاربة ارتفاع سكر الدم، وتصلّب الشرايين، وخفض الحالة الالتهابيّة النشطة في الجسم، ومحاربة الأكسدة وخفض الإجهاد التأكسدي، ومحاربة السمنة والكوليسترول وارتفاع ضغط الدم، بالإضافة إلى دورهما في حماية خلايا القلب والكبد.
وجدت بعض الدراسات أنّ المركبات متعددة الفينول المستخلصة من الليمون تساهم في كبح زيادة الوزن وتراكم الدهون وارتفاع ليبيدات (دهون) وسكر الدم ومقاومة الإنسولين في فئران التجارب المصابة بالسمنة المحفزة بالحمية الغذائية.
يستعمل الليمون لتعويض الفيتامين ج في حالات البرد، ولكنّ استخدامه في هذه الحالة غير مثبت علميّاً ، وعلى الرغم من انتشار هذا الاستخدام والاعتقاد واختلاف نتائج الأبحاث، إلا أنّه يمكن القول أنه وُجد أن تناول الفيتامين ج كإجراء وقائي من الإصابة بالرشح لم يكن فعّالاً في خفض خطر الإصابة به، ولكنه قلل من مدة وحدة الأعراض، في حين لم يظهر لتناوله بعد الإصابة بالرشح تأثير في خفض مدة أو شدة الأعراض، فقط في دراسة واحدة قامت بإعطاء جرعة كبيرة من الفيتامين ج، تعادل 8 جم، في يوم بدء الأعراض.