E' una droga ricca di sostanze di natura terpenica, in particolare sesquiterpeni e iridoidi. I sesquiterpeni sono dei composti ossigenati acidi (acido valerenico, acido idrossivalerenico, acido acetossivalerenico), cetonici (valeranone), alcoolici (maaliolo, valerianolo, alcool kessilico) e aldeidici (valerenale). Gli iridoidi sono caratteristici e tipici della specie, e sono degli esteri lipofili di trioli derivati dall'iridano, sia dienici (valtrato, isovaltrato, acevaltrato e omovaltrato) sia monoenici (diidrovaltrato, isovalerossiidrossidiidrovaltrato). Contiene anche moderate quantità di olio essenziale, circa lo 0,5% del peso della droga secca, di acidi fenolici, di flavonoidi, di zuccheri semplici e complessi, di acidi grassi, di aminoacidi in particolare acido gamma-aminobutirrico, di acidi alifatici a basso peso molecolare e di alcaloidi in traccia.
E una droga attiva sul sistema nervoso centrale, sul quale esercita azione sedativa e ipnoinducente. Tali proprietà sono state attribuite ai valepotriati, ma essi sono composti assai labili e sono presenti negli estratti di valeriana in quantità troppo basse per poter giustificare gli effetti terapeutici di questa pianta. Inoltre sono distrutti dal succo gastrico, anche se i prodotti di degradazione che si formano, come ad esempio il baldrinale, sembrano dotati di attività farmacologica sul sistema nervoso centrale. Anche i sesquiterpeni paiono dotati di azione sedativa di tipo centrale, forse dovuta in parte a inibizione della GABA transaminasi, il che conduce ad un aumento di questo aminoacido dotato di potente attività sedativa e in parte al fatto che queste sostanze sembrano capaci di legarsi ai recettori cerebrali per le benzodiazepine. Si è notato che la droga inibisce la cattura e stimola il rilascio del GABA. Molto interessante è l'osservazione che l'estratto totale di valeriana è in grado di competere con il fluorodiazepam nel legame ai recettori per le benzodiazepine del cervello. L'intensità di questa competizione è circa sette volte maggiore per i valepotriati e i sesquiterpeni presi isolatamente rispetto a quella dell'estratto totale della valeriana. Dati ancora più recenti indicherebbero che a basse dosi la valeriana favorisce il legame del flunitrazepam ai propri recettori, mentre a dosi più elevate svolge azione antagonista sul legame suddetto. Altri dati sembrano indicare che la valeriana stimoli la produzione di GABA da parte delle cellule ippocampali e inibisca la ricattura del GABA da parte dei sinaptosomi. Gli effetti sul sistema nervoso centrale del fitocomplesso della Valeriana sono anche stati paragonati a quelli del diazepam e della cloropromazina, e si è notato che sono simili a quelli di questi farmaci, ma con intensità minore. Si è rilevato che la valeriana aumenta la durata del periodo di sonno con onde lente e diminuisce quella dello stadio 1 del sonno, con incremento della densità dei complessi K. La fase REM del sonno rimane inalterata. E' stato dimostrato che una singola dose di valeriana non ha effetti sul sonno, mentre la somministrazione ripetuta della droga provoca un tempo di addormentamento significativamente ridotto, con un aumento della fase REM del sonno e un decremento di quelle non REM. Si ha una riduzione nel periodo di latenza del sonno, con riduzione dello stadio 1 del sonno e con aumento della fase del sonno ad onde lente. Si ha, inoltre, un senso di maggior riposo al mattino quando ci si sveglia. E' interessante notare che la droga è altrettanto efficace delle benzodiazepine e dei barbiturici nell'induzione del sonno, senza provocare sonnolenza al risveglio come invece fanno alcune molecole di sintesi ad azione più prolungata
Nonostante gli studi moderni abbiano evidenziato soprattutto le sue proprietà rivolte ad indurre il sonno, la Valeriana risulta efficace anche per la sua azione di regolarizzazione del sistema nevoso centrale in quanto agisce come sedativo in caso di agitazione e come stimolante in caso di esaurimento nervoso. E’ molto utile anche nel trattamento degli spasmi muscolari, dell’ipertensione, delle patologie correlate allo stress, come le palpitazioni cardiache, le cefalee da tensione, i dolori spastici gastrointestinali.