茶葉中主要化學成分有糖類、蛋白質、水、維生素、色素、酶、礦物質、油脂、果酸、茶單寧、咖啡堿和芳香油。其中茶單寧、咖啡堿、芳香油是茶的主要成分。
茶單寧也叫茶鞣質，具有收斂性的苦澀味。茶水中的清苦味道便來之于單寧。這種苦澀味是輕微短暫的，轉瞬即能產生淡淡的甜味。幼芽嫩葉制成的茶葉含單寧多，這也是鑒別同類茶葉好壞的一個標志。綠茶、花茶含單寧12-20%，比紅茶多，紅茶含單寧7-16%。咖啡堿又名茶素，味稍苦，在茶中含量甚微。它對茶的味道不起作用，卻能刺激人的神經中樞。茶葉之所以有醒腦提神、消除疲勞的效果，就在于茶素（咖啡堿）的功勞。茶葉中茶素（咖啡堿）含量越高，茶葉的質量就越好。
芳香油又稱茶香精、揮發油，它決定了茶葉的香氣。芳香油除能給人以芬芳和愉快的感覺外，還可幫助消化，增進食欲，具有溶解脂肪體的功能。故在豐盛的宴席之后，喝上一杯濃茶，就感到十分愜意。其原因就是肚中油膩為芳香油所化。
一般來說，紅茶含芳香油多于綠茶，高級茶含芳香油多于低級茶。
概括起來說，茶的功效至少有以下幾種：
1.喝茶可以興奮神經，消除疲勞，這是茶素的功效。茶素除能提神醒腦之外，還能刺激肌肉伸縮，增快血液循環，能興奮神經，驅除睡意。
2.茶有發汗、利尿、止渴、解暑的作用。茶單寧有生津止渴的作用。茶素能刺激腎臟血管，使之膨脹，加快尿的排泄。
3.茶葉有解酒、解煙毒的功效。茶單寧和生鉤堿結合生成白色的晶體沉淀，通過化學反應可以解煙毒，通過利尿可以解酒毒，咖啡堿可以中和酒精，所以民間用濃茶解酒是有一定道理的。
4.喝茶能幫助消化，溶解脂肪。茶葉芳香油能去油膩，清腸胃。茶還能消除口中異味，如吃了大蒜、大蔥、螃蟹等，只要口中嚼些干茶葉或喝點濃茶，便能去除異味。
5.茶單寧有一定的殺菌作用。單寧與細菌表面的蛋白質結合，可生成白色的沉淀膜，可抑制細菌的繁殖和活動。尤其對傷寒病菌、痢疾桿菌的殺傷力特別強。所以經常喝茶的人可以少得疾病。
6.綠茶中維生素C含量較多。維生素C能增強微血管的彈性和張力，增強抵抗力，故高血壓患者多喝綠茶有好處。
7.茶葉中的兒茶素和氟可以固齒防齲。它不僅能控制少年兒童齲齒的發生和發展，而且能減少牙菌斑，消除口臭，故兒童適量喝茶，也有好處。
8.茶葉含有有機化學成分茶多酚，有重要的保健功能。據研究，日飲一杯茶（3-5克綠茶或5克紅茶）可以阻斷人體攝入30。毫克硝酸鹽后的N—亞硝基脯氨酸的內源性合成。一般人體每天從食物中攝入二級胺與硝酸鹽是不可避免的，只要這些物質不轉化成亞硝基化合物，對人體是無害的，但是，一旦形成亞硝基化合物，就有可能使細胞發生突變而致癌，故飲茶又有能防癌之說。
9.茶多酚還具有抗衰老，健美皮膚的功效。茶多酚有增強人體毛細血管的韌性，降低血脂，防止動脈粥樣硬化的功能，還能保持機體組織的彈性、延緩細胞老化、保護肌膚表皮的細膩柔韌。據日本學者研究，茶多酚抗老化作用，超過維生素E十八倍。
10.茶葉中的礦物質鉀、硒、鋅等，對促進人體的新陳代謝，調節人體生理機能，促進人體生長發育都有重要的作用。
