柠檬的香味主要来源于果皮中的挥发性芳香油，其核心成分包括柠檬烯、柠檬醛、芳樟醇等萜烯类化合物。这些物质在柠檬表皮油腺中合成，通过物理挤压或温度变化释放出清新香气。
柠檬烯是柑橘类水果香气的主要贡献者，属于单萜烯化合物，具有强烈的柑橘清香。这种物质在柠檬果皮油腺细胞中生物合成，当果皮受到外力摩擦或切割时，油腺破裂释放出含柠檬烯的挥发性油脂。柠檬烯不仅赋予香气，还具有抗氧化特性，在食品工业和芳香疗法中应用广泛。
柠檬醛是柠檬特征性香气的关键成分，包括顺式柠檬醛和反式柠檬醛两种异构体。这类醛类物质由柠檬果皮中的特殊酶催化生成，对酸碱环境敏感，遇热易挥发。柠檬醛的浓度直接影响香气的浓郁程度，未成熟柠檬中含量较高，随着果实成熟会逐渐转化为其他衍生物。
芳樟醇作为单萜醇存在于柠檬次级代谢产物中，带有柔和的花木香气。其合成途径与植物光合作用相关，阳光充足的种植环境会提升含量。该物质在香水工业中常作为定香剂，在柠檬中与其他成分协同形成香气的层次感，低温环境下挥发性减弱。
β-蒎烯是柠檬香气的背景成分，属于双环单萜烯，具有松木般的清香。在柠檬生长过程中由甲羟戊酸途径生成，主要分布在果皮白色海绵层与油腺交界处。该物质沸点较高，在常温下仍能持续释放香气，是柠檬精油留香时间较长的重要原因。
香叶醇作为单萜醇类物质，为柠檬香气提供甜润基调。其合成依赖柠檬植株的光周期调节，昼夜温差大的产区含量更丰富。在果实发育后期积累量增加，与柠檬醛共同构成成熟柠檬的复合型香气，但遇紫外线易氧化变质。
日常保存完整柠檬时建议冷藏减缓香气挥发，使用前可用温水轻洗激活油腺。制作饮品时用盐粒摩擦表皮能促进芳香物质释放，但高温烹煮会导致部分成分分解。对柑橘类过敏者接触果皮可能引发皮肤刺激，处理时建议佩戴手套。选择表皮油腺饱满、无机械损伤的果实能获得更持久的香气体验。
