Le mélilot est inscrit à la Pharmacopée française liste A (partie aérienne). Selon l'EMA, l'usage du mélilot est traditionnellement établi pour soulager les symptômes d'inconfort et de douleurs dans  jambes. 
Sa composition chimique contient de nombreux principes actifs comme des dérivés coumariniques, en partie sous forme d'hétérosides, des acides phénols, des flavonoïdes, des saponines stéroïdiennes et des molécules azotées.
Les coumarines offrent des vertus calmantes, sédatives et antispasmodiques. Grâce à celles-ci, le mélilot peut être employé pour améliorer les névralgies, les crampes, la nervosité.
Le mélilotoside transformé en coumarine à la dessiccation permet au Melilotus officinalis d’agir sur les troubles circulatoires d’origine veineuse. Il offre également, une action régulatrice de la fonction lymphatique et une action anticoagulante. C'est pour ces propriétés qu'il est prescrit pour améliorer la circulation veineuse en cas varices, les thrombophlébites, lymphœdème. 
Le mélilot contient également une huile essentielle, des acides-phénols et des saponosides triterpéniques, aux propriétés anti inflammatoires et anti-oxydantes.
Melilotus officinalis offre une action sur la fragilité capillaire, notamment sur la peau. Il peut être employé pour prévenir et traiter les ecchymoses et les pétéchies.
Les flavonoïdes qu’il contient lui confèrent des vertus diurétiques et antispasmodiques. Enfin, le mélilot est un excellent antiseptique des voies urinaires.