В траве адониса весеннего содержатся сердечные гликозиды: цимарин, адонитоксин, К-строфантин-β, строфантидин, адонитоксигенин, ацетиладонитоксин, адонитоксигенол, адонитоксол, строфадогенин, 3-ацетилстрофадогенин, фукозидстрофантидина, адонилид, гидроксистрофантидин, 3-эпипериплогенин. Также присутствуют флавоноиды (ориентин, гомоориантин, адонивернит, витексин, гомоадонивернит, изоориентин, моноксилозидизоориентина, верналозид), кумарины (вернадин), дубильные вещества, алкалоиды, спирт адонит, сапонины, фитостерины, витамин С, органические кислоты, диметоксихинон, макро- и микроэлементы (накапливает хром, молибден, марганец). К основным действующим веществам травы адониса весеннего относятся сердечные гликозиды (карденолиды), которые очень полезны при лечении болезней сердечно-сосудистой системы. Они оказывают сильное, благоприятное воздействие на деятельность сердечной мышцы: увеличивают ударный объем сердца, замедляют сердечный ритм, оказывают успокаивающее действие на ЦНС.