Der er ingen enkelt kemisk formel for cayennepeber, fordi det er en blanding af forskellige forbindelser, der findes i peberfrugter af Capsicum-familien. Forbindelsen, der er ansvarlig for den krydrede smag af cayennepeber, er capsaicin, som har den kemiske formel C18H27NO3. Imidlertid indeholder cayennepeber også mange andre forbindelser såsom flavonoider, carotenoider, vitaminer og mineraler, hver med sin egen kemiske formel.