Тютюн містить різноманітні алкалоїди. Окрім основного компонента нікотину (що містить від 2% до 8%), він також містить деметилнікотин (норнікотин), псевдоеквізетин (неонікотин) і щонайменше сім слідових кількостей алкалоїдів. Нікотин — це азотиста основа, що складається з двох гетероциклічних сполук — піридину та піролу. Чистий продукт являє собою безбарвну маслянисту рідину з температурою кипіння 246 градусів. Він має оптичне обертання (лівостороннє обертання) і розчинний у воді та багатьох органічних розчинниках.
Нікотин часто міститься в рослинах у вигляді солей з органічними кислотами, такими як лимонна кислота та яблучна кислота. Під час екстракції тютюн часто можна нагріти розчином неорганічної сильної кислоти, а потім нейтралізувати лугом, щоб звільнити нікотин. Потім його екстрагують органічним розчинником, і розчинник випарюють для отримання нікотину. Через свою летючість його можна добути за допомогою дистиляції з водяною парою.
Крім того, оскільки нікотин є рідиною, його важко відокремити та очистити. Тому нікотин часто реагує з пікриновою кислотою з утворенням кристалів солі нікотину дипікринової кислоти для зручного поводження.