1824年首次从牛胆汁中分离出来，故又称为牛胆碱、牛胆素。其分子式为C₂H₅NO₃S，相对分子质量125，熔点为328℃（约300℃以上分解），纯品为无色或白色粉状结晶，无臭，化学性质稳定，溶于水，不溶于乙醚、无水乙醇、丙酮等有机溶剂。

以游离氨基酸的形式普遍存在于动物体内各种组织，并以小分子二肽或三肽的形式存在于中枢神经系统，但不参与蛋白质合成。牛磺酸在鱼、贝类中含量十分丰富，软体动物中尤甚。表中列出了代表性鱼贝类的牛磺酸含量。可以看出，贝类、鱿鱼、甲壳类等的牛磺酸含量较高。其中，马氏珠母贝中含量高达13 830毫克/千克，牡蛎、沙虫干和翡翠贻贝中含量也不少。牛磺酸在鱼、贝类的不同组织内含量也有所不同。一般来说，金枪鱼、鲐鱼等红肉鱼的血合肉中牛磺酸含量比普通肉高，而真鲷、比目鱼等白肉鱼的各种组织中牛磺酸含量则没有明显差别。鱼体内脏中牛磺酸含量明显高于其肌肉组织中的含量。而牛磺酸在内脏中的分布也因鱼种的不同而不同，但差别不大。一般来说，心脏、脾脏中较多，而鳃中则含量较少。

主要选择马氏珠母贝、牡蛎等牛磺酸含量丰富的水产软体动物为原料提取牛磺酸，原料用沸水提取离心得到上清液后，在碱性条件下除去热凝性蛋白质，再经浓缩，调pH，加硫酸钙沉淀并进一步浓缩除去氯化钠；母液再经调pH（微酸性）、浓缩、除盐，结晶析出粗品牛磺酸；再经重结晶精制得到成品，纯度一般在60%左右；再经过离子交换树脂脱盐除杂后，可得到纯度85%以上的牛磺酸。牛磺酸已能人工合成。

早在19世纪末期，就有人认为牛磺酸具有药物作用，但直到1975年才发现幼猫因牛磺酸缺乏而造成视网膜退化并最终导致失明后，牛磺酸的营养和神经生理功能才开始受到了广泛关注。现代研究发现，牛磺酸具有促进视觉及神经发育、解毒、抗心律失常、保护心肌和降低血压等多种生物活性。即：

人类及哺乳类动物初乳中牛磺酸含量高于成熟乳，幼小动物脑中牛磺酸远高于成年动物，提示牛磺酸可能在新生儿大脑发育中起重要作用。研究发现，牛磺酸可促进脑细胞DNA、RNA的合成，增加膜的磷脂酰乙醇胺含量和脑细胞对蛋白质的利用率，从而促进脑细胞尤其是海马细胞结构和功能的发育。缺乏牛磺酸时，婴幼儿脑重量、脑细胞容积均达不到正常水平，且学习记忆能力降低。新生儿体内合成牛磺酸的半胱亚磺酸脱羧酶（CSAD）活性较成人低得多，更有赖于从食物中获取牛磺酸。因此，应在婴幼儿奶粉中适量添加牛磺酸。

牛磺酸约占视网膜中氨基酸总量的50%，是光感受器发育的重要营养因子，在维护视网膜正常结构和功能方面有着极其重要的作用。研究发现，牛磺酸主要通过维持视网膜感光细胞内钠、钾和钙离子的浓度平衡来发挥其作用。牛磺酸缺乏会导致细胞内钠、钾和钙离子的浓度不平衡，影响感光细胞的功能，以致细胞变性甚至死亡，从而引起光感受器的退化，使光传导功能受到抑制。

牛磺酸是中枢神经系统最丰富的游离氨基酸之一。牛磺酸对中枢神经系统的作用表现在3个方面：①作为神经抑制因子，具有很强的抗痉挛作用。②促进神经系统生长发育及神经细胞增殖分化。③作为抗氧化剂，防止氧化对神经细胞的损伤。牛磺酸缺乏将对人脑神经细胞的正常发育产生不利影响。

牛磺酸在心肌中含量丰富，占总游离氨基酸的50%左右，因而对心脏的作用较为广泛，外源性补充牛磺酸，可以对抗心脏的多种病理状态。牛磺酸对心血管系统有一系列独特功能，主要是保护缺血缺氧心肌、加强左心室功能、增加心肌收缩力，维护心肌线粒体膜的稳定性、抗心律失常、防止充血性心力衰竭、降低血压、降低血胆固醇、提高高密度脂蛋白、防止动脉粥样硬化等。而细胞保护效应则是牛磺酸在抗心肌缺血、抗心律失常、再灌注损伤、心肌保护等方面的作用基础。

牛磺酸的多种营养保健功能已被应用于食品营养强化剂和保健食品领域。作为食品添加剂，其可被添加到乳制品、功能性饮料、豆制品等食品中。随着人民生活水平和健康知识的提高，牛磺酸作为营养保健品和强化食品添加剂将逐步被食品生产企业和消费者所认识和接受。