茶叶中的生物碱主要包含咖啡碱（又称咖啡因）、可可碱和茶碱，其中咖啡碱占大部分。3种生物碱都属于甲基嘌呤类化合物，是一类重要的生理活性物质，也是茶叶的特征性化学物质之一。它们的药理作用也非常相似（表5-3-1）。
表5-3-1茶叶中3种生物碱的药理作用比较
名称
含量（%）
药理作用
兴奋中枢
兴奋心脏
松弛平滑肌
利尿
咖啡碱
2～4
+++
+
+
+
可可碱
0.05
++
+++
+++
+++
茶碱
0.002
+
++
++
++
注：+号表示有药理作用，+号越多表示作用越强
茶叶中的咖啡碱与合成咖啡碱有很大区别。合成咖啡碱对人体有积累毒性，而茶叶中的咖啡碱不会在人体内积累，7天左右可完全排出体外。早期人们认为咖啡碱可能是一种致癌因素，但这已为后来大量的研究所否定。目前对茶叶中咖啡碱的研究结果得出，咖啡碱不但不会致癌，而且还有抗癌效果。此外，茶叶中的咖啡碱还具有兴奋大脑中枢神经、强心、利尿等多种药理功效。饮茶的许多功效，如消除疲劳、提高工作效率、抵抗酒精和尼古丁等毒害、减轻支气管和胆管痉挛、调节体温、兴奋呼吸中枢等，都与茶叶中的咖啡碱有关。
当然，咖啡碱也存在负面效应，主要表现在晚上饮茶可影响睡眠，对神经衰弱者及心动过速者等有不利影响。