Že v preteklosti se je olivno olje uporabljalo v medicini in kozmetiki, iz praktičnih izkušenj so bili znani njegovi pozitivni učinki na prebavo, krvni tlak, celjenje ran in izgled kože, nohtov in las. Sodobne medicinske raziskave so te učinke potrdile, strokovnjaki pa so s primerjanjem različnih tipov prehrane prišli do ugotovitev, da t.i. mediteranska dieta, ki vključuje tudi redno uživanje olivnega olja, deluje prventivno proti pojavu bolezni srca in ožilja.

Olivno olje:

pozitivno vpliva na razmerje med dobrim in slabim holesterolom,

ima protivnetne in protitrombotične učinke,

znižuje krvni tlak in razširja žile,

znižuje raven krvnega sladkorja in

stimulira izločanje žolča, kar zmanjšuje možnost pojava žolčnih kamnov.

Poleg tega obstajajo tudi dokazi, da olivno olje zavira rast nekaterih rakastih obolenj (npr. rak dojk).

Pozitivne učinke olivnega olja običajno pripisujemo nenasičenim maščobnim kislinam (predvsem mononenasičenim), ki jih je v olivnem olju približno 84% (glej sestavo spodaj), in skupini antioksidantov, imenovanim polifenoli, ki jih je največ v ekstra deviškem olivnem olju.