Les sesquiterpènes sont une classe de terpènes formés de trois unités isoprène (C15H24), plus grands que les monoterpènes (C10) et avec un point d'ébullition supérieur. Dans le cannabis, les sesquiterpènes principaux incluent le β-caryophyllène, l'α-humulène, le guaiol, le bisabolol et le valencène. Ils contribuent aux arômes boisés, terreux et épicés.
Selon une revue de Phytochemistry Reviews (2020), les sesquiterpènes du cannabis sont moins volatils que les monoterpènes et subsistent mieux après séchage et cure. Le β-caryophyllène, sesquiterpène le plus abondant du cannabis, est unique parmi les terpènes car il active directement le récepteur CB2, faisant de lui un « cannabinoïde alimentaire » selon Gertsch et al. (PNAS, 2008).