E' un buon ingrediente di cottura che serve per condire tutti i tipi di alimenti (carne, pesce,...): è un ottimo condimento per le insalate, e ingrediente di base per la maionese.
L'olio di oliva, grazie alla presenza di acidi grassi meno instabili di quelli presenti negli oli di semi, è ideale per le fritture, poiché la sua temperatura critica è nettamente superiore alla temperatura abituale di frittura degli alimenti. Tutti gli oli a temperatura elevata e in presenza di ossigeno subiscono un'accelerazione del fenomeno di ossidazione, tanto più accentuato quanto maggiore il grado di insaturazione, mentre risulta ritardato dalla presenza di sostanze antiossidanti.

Gli acidi grassi polinsaturi in queste condizioni sono altamente instabili, si ossidano velocemente formando radicali liberi o polimerizzando; tra tutti gli oli solo quello d'oliva, ricco soprattutto di monoinsaturi (più stabili) e di sostanze antiossidanti, reagisce meglio all'attacco combinato dell'ossigeno e delle alte temperature.
I fattori principali da cui dipendono le alterazioni dei grassi in fase di cottura sono 2:
.: il livello della temperatura;
.: la durata del tempo di cottura;
il primo si basa sul fatto che ogni grasso ha un suo punto di tolleranza, chiamato punto di fumo o temperatura critica, dopo il quale il glicerolo contenuto negli acidi grassi si decompone in acroleina, sostanza molto dannosa (es. per il fegato). L'olio d'oliva ha uno dei punti di fumo più alti tra gli oli, fino a circa 210°C. Il secondo fattore, che è ancora più importante,si basa sul fatto che i primi cambiamenti avvengono a temperature non molto elevate; se mantenute costanti, per un tempo prolungato, queste temperature possono produrre sostanze con effetti tossici. Perciò si può trarre la conclusione che l'olio d'oliva si presta meglio alla frittura rispetto agli altri oli.