Non esiste un'unica formula chimica per il pepe di cayenna perché è una miscela di vari composti presenti nei peperoni della famiglia dei Capsicum. Il composto responsabile del sapore piccante del pepe di cayenna è la capsaicina, che ha la formula chimica C18H27NO3. Tuttavia, il pepe di Caienna contiene anche molti altri composti come flavonoidi, carotenoidi, vitamine e minerali, ciascuno con la propria formula chimica.