Un ruolo importante, come effetti benefici della dieta mediterranea viene svolto dagli omega 3,  acidi grassi polinsaturi  "essenziali" che non possono  essere prodotti dal  nostro organismo, ma occorre assumerli  attraverso  l'alimentazione. Sono l'alfa-linolenico (ALA), l'eicosapentaenoico (EPA) e il docosaesaenoico (DHA). Del primo, di origine vegetale, ne sono ricchi i semi di lino, di chia, di zucca, noci, nocciole, mandorle, cereali, legumi, vegetali a foglia verde, rosmarino, alghe ecc. E’ il precursore di EPA e DHA che si si trovano soprattutto negli animali marini, come pesci grassi (aringhe, alici, sgombri, salmone, tonno etc.), nei crostacei, nei molluschi e negli integratori di olio di pesce.  Sono presenti in alte concentrazioni anche nel cervello umano dove svolgono un ruolo importante  per garantire le funzioni  cognitive e regolare i comportamenti. Anche gli omega 6 (acido linoleico) appartengono alla classe dei grassi polinsaturi, le cui fonti primarie sono gli oli vegetali, soprattutto di girasole, oliva, mais, soia, vegetali a foglie verdi, cereali, legumi e noci.

Assumere le giuste quantità di omega 3 e omega 6 è fondamentale per la corretta funzionalità cerebrale, per una crescita e uno sviluppo corporeo  normali e per un buono stato di salute generale. Entrambi gli acidi grassi devono rimanere in equilibrio tra loro; gli omega 3 contribuiscono a ridurre i fenomeni infiammatori, gli omega 6 tendono a promuoverli e di conseguenza, un loro sbilanciamento può avere effetti nocivi.  La dieta occidentale contiene, in media 20 volte più omega 6 rispetto agli omega 3 e questo, secondo gli esperti, potrebbe essere alla base dell'aumento delle malattie cardiache e  dei disturbi di tipo infiammatorio tipici dei paesi  sviluppati. Un rapporto ideale dovrebbe essere  compreso tra 2 - 4 :1.

Dagli acidi grassi omega 6 deriva l'acido arachidonico, una sostanza che svolge una azione  pro-infiammatoria, ma gli stessi, supportano anche  la sintesi degli eicosanoidi  pro-infiammatori (prostaglandine, trombossani e leucotrieni) che regolano diverse funzioni fisiologiche. Per questo, il rapporto omega 3 - omega 6 viene utilizzato per definire il "potenziale infiammatorio" della alimentazione. L'aumento della assunzione di acido linoleico  (omega 6) e la carenza  di omega 3  sono  considerati  fattori di rischio sia per malattie cardio e cerebrovascolari  che per allergie e tumori.

Gli Omega 3 sono stati associati a riduzione dei livelli di trigliceridi, aumento del colesterolo HDL (High Density Lipoproteins, lipoproteine ad alta densità), il "colesterolo buono" con proprietà antitrombotiche (riduce l'aggregazione piastrinica) ed effetto antiaritmico.

Gli omega 9, sono invece grassi monoinsaturi, come l'acido oleico, presente in alimenti  quali:  l'olio di oliva, di girasole e di colza e  sono stati associati alla riduzione del rischio cardiovascolare e di ictus. I loro benefici deriverebbero dall'aumento del colesterolo HDL e alla riduzione dell'LDL (Low Density Lipoproteins,lipoproteine a bassa densità),  questi possono essere prodotti anche dall'organismo. Quindi, l'insieme delle funzioni: antinfiammatoria, antitrombotica, antiaterogena ed ipotensiva, svolto dagli omega 3, costituisce  un sistema efficace di prevenzione  delle  patologie  cerebro e cardio vascolari.

Il fabbisogno di omega 3 è maggiore in condizioni speciali, come nel bambino piccolo, nella gravida, nella nutrice e nell'anziano. Devono essere apportati in percentuale alle calorie giornaliere e la loro carenza è difficile da valutare, poiché non si manifesta con sintomi o segni tipici.

L'eccesso di grassi polinsaturi nella dieta, tra i quali anche gli omega 3, può determinare la formazione di lipo-perossidi, potenzialmente tossici, una aumentata velocità di sanguinamento e l'alterazione della funzione immunitaria. Il sistema più efficace per monitorare l'idoneità nella dieta dei grassi essenziali (EFA, Essential Fatty Acids) è l'indice di Mead o di Holman, ovvero, il rapporto tra acido eicosatrienoico e acido arachidonico all'interno  dei fosfolipidi  contenuti nel siero di sangue.  Quando il valore supera la soglia dello 0,4 la condizione è da considerarsi patologica.