类黄酮是植物的第二大代谢产物。茶叶中的黄酮主要是黄烷醇和黄酮醇。茶叶中的主要黄酮醇是槲皮素、杨梅素和山柰苷，占茶叶水溶性提取物的233，353.43%。黄酮醇主要以苷的形式存在，不同茶叶中黄酮醇的含量也不同。茶黄酮具有抗氧化和抗肿瘤的功能。癌症、心脏病、多发性硬化和自身免疫性疾病的发生是因为环境中产生的自由基会引发连锁反应，导致对敏感生物结构如DNA或细胞膜的氧化损伤。
事实证明，茶叶中的黄酮类化合物混合物具有很强的抗氧化和清除自由基的功能，其保护细胞免受自由基杀伤的活性远远高于维生素C和E。从动物实验结果来看，茶叶黄酮类化合物能够抑制冠心病和肿瘤的发生。它们可以抑制癌症的发生、发展和转移。茶黄酮可以减少过度的血小板聚集，防止脑血栓形成。经常喝绿茶的人患脑中风的风险比不喝茶的人低73%。因此，喝茶有助于减少癌症和心脏病的发生。
在日本，喜欢喝绿茶的地区，如胃癌、肺癌和肝癌的死亡率低于不喝绿茶的地区。槲皮素、杨梅素和山柰苷也能抑制致癌物诱导的大鼠和小鼠肿瘤。前两种对保护细胞免受超氧物和氧化有作用。