Owocem jest duży, okrągławy pestkowiec zwany orzechem. To właśnie dla niego, orzech włoski jest bardzo często sadzony w ogrodach. Nasiona zawierają 60% tłuszczu używanego w przemyśle spożywczym, głównie cukierniczym. Młode liście zawierają garbniki, glukozydy, flawonoidy, fenolokwasy oraz niewielkie ilości olejku eterycznego i witaminy C. Wyciąg z łupin niedojrzałych owoców oraz liści zawiera brązowy barwnik (juglon) służący do barwieniu tkanin i farbowania włosów. Jest składnikiem płukanek i szamponów koloryzujących oraz kosmetykach przyspieszających opalanie.