Im Klatschmohn können viele Alkaloide mit einem Gesamtgehalt von 0,11–0,12 % nachgewiesen werden. Prinzipiell enthalten alle Pflanzenteile als Hauptalkaloid das schwach giftige Rhoeadin (Gehalt etwa 0,06 %), insbesondere der weiße Milchsaft. Weitere erwähnenswerte Inhaltsstoffe sind Allocryptopin, Berberin, Coptisin, Papaverin, Roemerin und Sinactin sowie Schleimstoffe, Gerbstoffe, Meconsäure und Mecocyanin. Die Samen sind ungefährlich, nach Verzehr größerer Mengen kann es jedoch zu Magen-Darm-Beschwerden mit Bauchschmerzen kommen.
Das im Schlafmohn enthaltene Morphin ist im Klatschmohn nicht enthalten.