茶叶色素包括叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、花青索、黄酮类物质以及其他茶多酚的氧化产物（主要是茶黄素、茶红素和茶褐素）等。叶绿素、叶黄素和胡萝卜素不溶解于水，也称脂溶性色素；黄酮类物质、茶青素、茶黄素、茶红素和茶褐素能溶于水，因此也叫水溶性色素。脂溶性色素对干茶和叶底的色泽有很大的影响，而水溶性色素决定着茶汤的汤色。
叶绿素是绿茶中的主要色素，它是形成绿茶干茶色泽的主要因素。茶叶中叶绿素的含量一般为0.3%～0.8%。叶绿素主要是由蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b所组成，长在树上的鲜叶叶绿素a要比叶绿素b的含量高2～3倍，因此通常是深绿色的；但是幼嫩的叶子叶色较淡，有时会呈黄绿色，这是叶绿素b比叶绿素a含量高的缘故。在绿茶加工过程中，叶绿素将随着加工过程的变化而发生一系列的化学变化，使茶叶的色泽逐渐变深，最终形成了绿茶干茶的色泽。