茶多酚也被称为茶单宁。可溶性多酚化合物约占绿茶干物质的10-20%。共有30多种成分，包括儿茶素、类黄酮、花青素和酚酸。茶多酚是茶叶功效的主要活性组织。大量的临床前药理学、动物实验和人体皮肤试验表明，绿茶及其多酚具有显著的抗炎作用，还可以通过抑制紫外线产生的氧化能力和调节紫外线引起的免疫抑制，对皮肤发挥抗化学致癌物或紫外线损伤和抗肿瘤作用。
现代医学研究表明，它们有多种药物作用。例如，它们可以增强微血管壁的韧性，特别是降低毛细血管的渗透性，并具有收敛和止血的作用。因此，浓茶在民间常用来敷伤口。预防动脉硬化，预防动脉粥样硬化，降低血脂；抗炎和杀菌；抗辐射、抗癌、抗突变等。茶多酚可以解毒重金属的毒性。例如，过量摄入铅会导致铅中毒，过量摄入汞会损害肾脏和神经系统，茶多酚对重金属有很强的吸附作用。茶多酚还具有抗辐射作用，这在日本首次发现。20世纪50年代，日本将广岛原子弹爆炸的受害者转移到一个茶叶区居住，并饮用了大量高品质的绿茶。受害者不仅活着，而且身体健康。
人们发现富含茶多酚的绿茶是一种很有前途的辐射解毒剂。龋齿是最常见的与微生物有关的疾病。绿茶中的多酚可以通过抑制微生物的活动来防止牙齿受损。绿茶中的多酚具有很强的除臭活性。在传染病流行的地方，茶提取物被用来治疗霍乱病人，以防止流感病毒感染。在日本，绿茶多酚化合物由于其多功能特性如耐腐蚀性、抗氧化性和除臭性而被广泛用于各种食品和相关商品中。例如，到目前为止，绿茶多酚化合物已经在诸如蛋糕和糖果、饮料、菜肴、食用油和水产品等食品中形成了超过20亿日元的市场规模。