茶之所以有保健作用，是由它含有的特殊成分所决定的。据测定，茶叶中的化学成分达300多种，包括生物碱、维生素、氨基酸、茶多酚、矿物质、脂多糖等。这些成分有的能防病治病，有的有营养保健功能，有的兼而有之。
茶叶中最重要的生理活性物质是生物碱，主要有3种：咖啡碱约1%～5%、茶碱0.05%左右、可可碱0.002%左右。其中咖啡碱的作用最关键。咖啡碱对人的神经系统有广泛的兴奋作用。饮茶后，首先是兴奋大脑皮层（小剂量50～200mg，每杯茶约含100mg咖啡碱），即可出现精神兴奋，思维活跃，提高对外界的感受性，消除瞌睡和减少疲乏。
在著名的犬条件反射实验中，能增加唾液分泌量及缩小反射的潜伏期，而不破坏对阴性刺激的鉴别能力。这表明饮茶和饮酒不同，饮茶时能保持清醒的理智和自控能力，使人睿智和有风度，与酒后多言失态截然不同。咖啡碱具有强心、消化、解毒、利尿作用，可缓解酒精、催眠药、吗啡、安眠药引起的中枢抑制。
茶还含有十余种水溶性和脂溶性维生素。每百克茶叶中含Vc为100～500毫克，绿茶的含量比红茶高。Vc能帮助胆固醇转变为胆汁酸，既有助于降胆固醇又有助于防止胆结石形成。Vc又是解毒、防辐射、防重金属伤害、防疲劳和防感染的能手，并能抑制最终致癌物的形成和癌细胞的增殖。
最近《美国国家科学院学报》上发表报告称，对在4周的实验期内，每天喝5小杯茶或5小杯咖啡的实验人员的检测表明：喝茶者，T细胞分泌的抗病物质增多，抗细菌和抗病毒能力增强；而喝咖啡者没有变化，因是茶叶中含有的L-茶氨酸能提高人体免疫细胞的机能。
茶叶中还含有20%～30%的茶多酚类化合物，能促进脂类化合物从粪便中排出，降低血胆固醇，有助减肥和防治动脉粥状硬化。绿茶中的儿茶素含量最高，乌龙茶为绿茶的41%，而红茶仅为13%，这与发酵程度有关。
茶叶中热量很少，而两杯某种时尚品牌的咖啡含的热量相当于一个汉堡包。另外茶叶中还有2%～5%的氨基酸，有些是十分宝贵的，人体自身不能合成的，有很重要的生理功能。茶叶中还有40余种矿物质元素，比如锌，对青少年的体格发育、智力发育和成人的性腺机能都有重要作用。
