大黄根茎的主成分较为复杂，主要包括蒽醌类化合物、鞣质类、多糖类等，这些成分赋予了大黄多种药理作用。

蒽醌类化合物是大黄根茎中非常重要的一类成分，包含游离型和结合型。游离型蒽醌有大黄酸、大黄素、大黄酚、芦荟大黄素、大黄素甲醚等，它们具有一定的生物活性。结合型蒽醌则主要是以蒽醌苷和双蒽酮苷的形式存在，例如番泻苷A、B、C、D等。番泻苷类成分是大黄致泻的主要有效成分，其作用机制是在肠道细菌酶的作用下被水解，生成大黄酸蒽酮，刺激肠壁蠕动，从而促进排便。游离型蒽醌具有抗菌、抗炎、抗肿瘤等多种药理活性。比如大黄酸对多种细菌有抑制作用，大黄素具有一定的抗炎和抗肿瘤功效。

鞣质类成分也是大黄根茎的重要组成部分，主要有没食子酸、儿茶素等。鞣质具有收敛止泻的作用，与蒽醌类成分的泻下作用相互拮抗，使得大黄在不同剂量下表现出不同的功效。小剂量使用大黄时，鞣质的收敛作用占主导，可起到止泻效果；而大剂量使用时，蒽醌类的泻下作用更为明显。

此外，大黄根茎中还含有多糖类成分，如大黄多糖。大黄多糖具有免疫调节、降血糖、抗氧化等作用。它可以增强机体的免疫功能，提高机体的抵抗力；还能通过调节糖代谢相关酶的活性来降低血糖水平；同时，具有一定的抗氧化能力，能够清除自由基，减少氧化损伤。

大黄根茎的主成分多样，不同成分发挥着不同的药理作用，共同构成了大黄的药用价值。