Những chất độc lập, có thành phần không đổi ở trong khói thuốc tạo nên các pha khác nhau. Hiện nay, các phòng thí nghiệm hóa học đã xác định được trên 5.000 chất hóa học có mặt trong khói thuốc lá. Các cấu tử khói có trong luồng khói chính, luồng khói phụ và khói thuốc môi trường, với hàm lượng rất khác nhau trong từng dạng khói. Thành phần và nồng độ của các cấu tử khói phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, như bản chất của nguyên liệu, cấu trúc điếu thuốc và tính chất của các loại phụ liệu (giấy cuốn, đầu lọc, v.v.). Đối với thuốc lá không đầu lọc, luồng khói chính có khoảng 76% (về khối lượng) là không khí, 20% là các sản phẩm ở pha hơi và khoảng 4% là các sản phẩm pha hạt. Trong pha hơi có khoảng 200 chất với khối lượng phân tử dưới 60. Pha hạt của khói thuốc chứa các cấu tử chính như: các alkaloit thuốc lá, chất màu, terpenoid, axit cacboxylic, sáp, phenol, aldehyd, phytosterol, hydrocacbon thơm, chất thơm chứa nitơ, các hợp chất nitrosamin đặc trưng của thuốc lá và dẫn xuất của một số kim loại vi lượng.