Die Droge enthält neben den typischen Lamiaceen-Gerbstoffen und Phenolsäuren (Rosmarinsäure), ein ätherisches Öl u.a. mit den Terpenaldehyden Citral und Citronellal, die für den zitronenartigen Geruch verantwortlich sind sowie glykosidisch gebundene flüchtige Substanzen. Die Melisse wirkt krampflösend, beruhigend und antiviral. Sie wird daher alleine oder in Kombination mit anderen beruhigend und sedierend wirkenden Pflanzenauszügen bei nervös bedingten Einschlaf- sowie funktionellen Magen- und Darmstörungen eingesetzt.

In der Aromatherapie wird Melissenöl ebenfalls bei Unruhezuständen und Schlaflosigkeit verwendet. Äußerlich werden Zubereitungen aus Melissenblätter in Form von Salben zur Behandlung von Herpesinfektionen der Haut (Fieberbläschen) angewandt. Für den Therapieerfolg ist allerdings eine rechtzeitige, d.h. sofort nach Auftreten der ersten Symptome, Behandlung entscheidend. Prophylaktisch angewandt kann u.U. sogar ein Rezidiv verhindert werden.

Als Gewürz werden wegen des hohen Gehaltes an ätherischen Ölen vor allem frische Blätter verwendet.