Химический состав фосфоритов характеризуется присутствием урана, Ni, Со, Cd, редкоземельных элементов (лантаноиды цериевой группы), стронция, реже отмечаются примеси РЬ, V, Sc, Zr, Se и др. Состав фосфоритов непостоянен и варьирует в широких пределах (по Г. Батурину, в %): Р2О5 — 10—30; СаО - 17-50; MgO - 0,2-4,9; Na20 - 1,17-2,15; К20 -0,02-1,3; Si02 - 1,0-23,3; А1203 - 0,06-7,2; Fe203 - 1,0-30,6; С02 - 3,0-13,7; S03 - 0,36-6,76; F - 0,8-3,4; Сорг - 0,2-1,9 .

В шельфовых океанских фосфоритах повсеместно обнаружен пирит, так как он является обычным диагенетическим компонентом восстановленных осадков. В фосфоритах подводных гор он практически отсутствует. Во всех океанских фосфоритах обнаружены гидроксиды железа. Органическое вещество имеет особо важное значение, поскольку в его составе на дно осаждается геохимически подвижный органический фосфор, мобилизуемый при формировании фосфоритовых конкреций. Обычным спутником фосфора в осадочном цикле является уран. Его содержание в фосфоритах из осадочных толщ на суше так же, как на дне океана, превышает средний уровень для пород земной коры (3 х 10"4%), но колеблется в широких пределах — от 10"4 до 10"'%. Наиболее крупные выделения уранинита представлены хорошо ограненными кристаллами кубического облика размером от долей до 1—2 мкм.