科學證明，茶葉中含有28種元素，其中碘、鉀、鎂、氟、硒等的含量都很高。茶葉中含有很多種化合物，也包括茶多酚、蛋白質、氨基酸、碳水化合物、維生素、生物堿、礦物質以及其他一些方向物質等。
一、茶多酚
也稱茶單寧或茶鞣質，是一類多酚化合物的總稱，包括兒茶素、黃酮、花青素、酚酸四類化合物，其中兒茶素在茶多酚中的比例最大。
1、兒茶素
具有殺菌、降壓、強心等功效，另外對尼古丁和嗎啡等有毒生物堿還有解毒作用。與茶葉質量關系十分密切，它既與飲茶的功效有關，也是決定茶葉色、香、味的主要成分。
2.花青素
可使茶葉色澤晦暗、滋味苦澀。是一種水溶性色素，可以隨著細胞液的酸堿改變顏色。細胞液呈酸性則偏紅，細胞液呈堿性則偏藍。
3.茶多酚
具氧化性。茶多酚極易氧化。紅茶在制作時即是利用了這一特性而使茶葉葉紅、湯紅。綠茶制作中則應盡量減少其氧化以保證綠茶的綠葉、綠湯。藥理作用：抗氧化延緩衰老，降脂抑制心血管疾病，抗癌,抗病毒，防輻射，助消化和美容等。
二、生物堿
茶葉中的生物堿主要是咖啡堿、茶堿和可可堿等，均屬于膘吟的衍生物。
1. 咖啡堿
一般含量為2％一4％。咖啡因是一種黃嘌呤生物堿化合物，是一種中樞神經興奮劑，能夠暫時的驅走睡意并恢復精力。
（1）性質
純的咖啡堿是針狀結晶，微溶于冷水，其溶解度隨水溫升高而增大。會出現“冷后渾” 現象 。
（2）功能
咖啡堿能興奮中樞神經，解除大腦疲勞，強心利尿，能減輕酒精、煙堿等有害物質對人體的傷害。
三、芳香油
也叫茶香精，是酯、醇、酮、酸、醛類等有機物的混合物，易揮發，是賦于茶葉香氣最主要的成分。
茶葉中芳香油的含量極少，約為0.003％～0.02％(干茶)。目前廣泛作為食品調味劑應用。
一般情況下嫩葉高于老葉，高山茶多于平地茶，紅茶多于綠茶，由于芳香油屬易揮發成分，故陳茶的茶香較差。
藥理作用：促進消化腺分泌消化液和胃腸蠕動。
四、蛋白質和氨基酸
茶葉中含有較多的蛋白質，約為17％一20％(干茶)，除蛋白質外還含有一定量的游離。
氨基酸 (1％一3％)，氨基酸的存在有利于提高茶湯的滋味，使茶湯具有鮮爽味。
使茶葉鮮香爽口，同時有一定的補充氨基酸作用。
五、糖類
茶葉中含糖類約20％一30％，有單糖、雙糖及淀粉、纖維素、果膠質等多糖。
單糖和雙糖能使茶湯具有甜醇味，還有助于提高茶香。
可溶性果膠質可以使茶湯具有醇厚感。
六、色素
色素是構成干茶、茶湯、葉底顏色的主要物質。
綠茶的色素物質主要是葉綠素，故茶綠、湯綠、底綠；
紅茶的色素主要是兒茶素的氧化產物茶黃素和茶紅素等，因此茶紅、湯紅、底紅。
藥理作用：抗脂質過氧化、增強免疫力功能、降血脂、雙向調節血壓血脂、抗動脈粥樣硬化、降低血粘度、改善微循環、抑制腫瘤。
