La papa es rica en carbohidratos, un alimento que proporciona energía con poca grasa. También constituye una fuente de almidón de alta resistencia que se puede optimizar dependiendo del método de preparación.
La papa tiene niveles significativos de vitamina C (6.5 a 36.9 mg/100 g, expresado en peso fresco) que se reduce a diferentes grados después de cocinarse, dependiendo de la variedad y tipo de cocción. Los porcentajes de retención varían de 50 a 90 por ciento según la variedad. Tomando en cuenta las pérdidas en el cocimiento y las recomendaciones diarias de ácido ascórbico (100-120 mg/día) para alcanzar la saturación celular y reducir el riesgo de ataque al corazón o cáncer, 100 g de papas pueden contribuir con el 25-50 por ciento de la ingesta recomendada diariamente.
La papa es igualmente una fuente de minerales, predominando el potasio (3,800 a 4,600 mg/K, expresado en peso fresco). El hierro y el zinc son los de mayor interés debido a que la elección varietal o el mejoramiento para obtener mayores concentraciones de estos micronutrientes pueden contribuir a reducir la desnutrición de la población en aquellos lugares donde hay un alto consumo de papa.
Dependiendo de la variedad que se consuma, la papa puede ser una buena fuente de antioxidantes como los carotenoides y polifenoles que ayudan a prevenir las enfermedades degenerativas y las relacionadas con el envejecimiento. Las variedades con una pulpa amarilla intensa contienen altas concentraciones de zeaxantina (hasta 1,290 µg por 100 g expresado en peso fresco), un carotenoide que protege contra la degeneración macular. El cocimiento no afecta a la concentración de zeaxantina ni luteína de las papas. Los tubérculos de pulpa morada y roja son una gran fuente de antocianinas, un pigmento natural con propiedades antioxidantes. Las papas de pulpa roja tienen glucósidos acilados de pelargonidina en tanto que las moradas tienen, además, glucósidos acilados de malvidina, petunidina, peonidina y delfinina. La capacidad antioxidante de las papas se ha relacionado directamente con la concentración de antocianinas. El consumo de antocianinas contenido en las papas moradas y rojas podría jugar un rol de protección contra el cáncer de estómago. El aislamiento de antocianinas en pruebas de laboratorio indujo apoptosis (es decir muerte celular autoprovocada) en líneas celulares de cáncer estomacal humano, así como la supresión de la proliferación de cáncer de estómago en el ratón inducido por el benzopireno.