未成熟的绿色柠檬可以食用，但口感酸涩且可能刺激胃肠。成熟黄色柠檬风味更佳且营养价值更高，绿色柠檬更适合加工或调味使用。
绿色柠檬含有较高浓度的柠檬酸和苦味物质，直接食用可能引起口腔或胃部不适。其酸度可达成熟柠檬的两倍以上，适合切片泡水或作为海鲜去腥剂。未成熟柠檬的维生素C含量与成熟果实接近，但类黄酮等抗氧化物质尚未完全合成。烹饪中可将青柠汁替代醋使用，泰国菜系常将其用于冬阴功汤等酸味料理。
部分特殊品种如青柠本身就是成熟状态呈绿色，这类柠檬可正常食用。普通黄柠檬未成熟时表皮坚硬且缺乏芳香油胞，榨汁时需要更大力道。过量摄入未成熟柠檬可能引发暂时性牙釉质敏感，建议饮用后清水漱口。蜜饯加工时常用青柠檬为原料，通过糖渍工艺中和其尖锐酸味。
选择柠檬时可通过按压判断成熟度，轻微变软的果实酸度较低。将绿色柠檬与苹果香蕉等水果密封存放，乙烯作用可促进后熟。胃肠功能较弱者应避免空腹食用青柠檬，可搭配蜂蜜或枫糖浆调节酸度。柠檬叶片也可用于泡茶，具有类似柑橘的清新香气。