迷幻蘑菇中的主要成分为裸盖菇素（psilocybin）和脱磷酸裸盖菇素（psilocin）。
裸盖菇素和脱磷酸裸盖菇素都属于色胺类生物碱，具备强烈的神经活性与致幻作用。其中，裸盖菇素是主要的前体物质，当它进入人体后，会经过代谢转化为脱磷酸裸盖菇素。脱磷酸裸盖菇素能够穿越血脑屏障，通过激动5 - 羟色胺2A受体（5 - HT₂A R）来影响中枢神经系统，进而引发幻觉、情绪波动、意识改变等反应。
除了这两种主要成分外，部分种类的迷幻蘑菇还含有baeocystin、norbaeocystin等衍生物，这些衍生物具有差异化的受体结合特性，为相关药物研发提供了分子基础。
从含量分布来看，这些成分在裸盖菇属等真菌中含量最高，而且在蘑菇的不同部位，其浓度也有所不同，一般菌盖部分的浓度通常高于菌柄。需要注意的是，迷幻蘑菇具有致幻作用，食用可能会对身体健康造成严重危害，在许多国家和地区，食用和持有迷幻蘑菇都属于违法行为。
