Thành phần hóa học có hoạt tính sinh học chính của dây thìa canh là hoạt chất GS4 (Tên khoa học Gymnema Sylvestre kiềm hóa ở lần thứ 4) gồm tổ hợp nhiều acid gymnemic, một hoạt chất thuộc nhóm saponin triterpenoid. Ngoài ra, cây còn chứa các thành phần khác như flavone, anthraquinone, hentri-acontane, pentatriacontane, α và β- chlorophylls, phytin, resins, d-quercitol, acid tartaric, acid formic, acid butyric, lupeol,... Dịch chiết cây cũng cho thấy có thành phần alcaloid.

Acid gymnemic có tác dụng kích thích sản sinh tế bào Beta của tuyến tụy, nhờ đó tăng sản sinh Insulin, tăng hoạt lực của Insulin, giúp cơ thể tái thiết lập được khả năng cân bằng đường huyết tự nhiên. Acid Gymnemic còn ức chế hấp thu đường ở ruột do có cấu trúc phân tử gần giống với đường Glucose, khi vào đến ruột sẽ cạnh tranh với đường Glucose, lấp đầy thụ thể ruột và ngăn không cho hấp thu đường từ ruột vào máu. Acid Gymnemic còn ức chế gan tân tạo Glucose vào máu, đồng thời kích thích các enzyme chịu trách nhiệm tiêu thụ, sử dụng đường tại các mô cơ. Nhờ đó hoạt chất này đem lại hiệu quả giảm đường huyết.

Ngoài ra trong Dây thìa canh còn chứa peptide Gumarin. Khi ăn và nhai lá Dây thìa canh tươi thì Peptide này lấp đầy thụ thể lưỡi làm lưỡi không hấp thu được đường Glucose. Gumarin tác động vào vùng dưới đồi làm mất cảm giác đối với vị ngọt và vị đắng, vì vậy gây mất cảm giác ngọt. Tuy nhiên tác dụng này mất đi khi Dây thìa canh được nấu chín hoặc phơi khô.