茶含有咖啡因、茶碱和可可碱，它们都溶于水。咖啡因是主要成分，有苦味。与茶多酚和氨基酸一起，它是决定茶叶口味质量的三种主要成分。
咖啡因和氨基酸一样，喜欢流向茶叶的嫩枝和茎。同时，与茶多酚类似，大叶茶的咖啡因含量比小叶茶高，在夏季高温时更容易积累。
咖啡因和茶多酚是茶苦味的重要来源(多酚化合物和茶皂也能形成苦味)，但它们是不同的。茶多酚有涩味和苦味，但它能促进甜味的回归，而咖啡因的苦味真的很苦，很难转化为甜味的回归。但另一方面，咖啡因与茶黄素、茶黄素和其他物质结合可以改善茶的滑爽、清新和清凉感。
咖啡因能刺激中枢神经系统，放松动脉，促进血液循环，并具有利尿、强心和抗酒精的作用。
茶多酚、氨基酸、咖啡因和其他来自这三种物质的化合物构成了茶汤味道和香气的重要组成部分。