茶叶中主要化学成分有糖类、蛋白质、水、维生素、色素、酶、矿物质、油脂、果酸、茶单宁、咖啡碱和芳香油。其中茶单宁、咖啡碱、芳香油是茶的主要成分。
茶单宁也叫茶鞣质，具有收敛性的苦涩味。茶水中的清苦味道便来之于单宁。这种苦涩味是轻微短暂的，转瞬即能产生淡淡的甜味。幼芽嫩叶制成的茶叶含单宁多，这也是鉴别同类茶叶好坏的一个标志。绿茶、花茶含单宁12-20%，比红茶多，红茶含单宁7-16%。咖啡碱又名茶素，味稍苦，在茶中含量甚微。它对茶的味道不起作用，却能刺激人的神经中枢。茶叶之所以有醒脑提神、消除疲劳的效果，就在于茶素（咖啡碱）的功劳。茶叶中茶素（咖啡碱）含量越高，茶叶的质量就越好。
芳香油又称茶香精、挥发油，它决定了茶叶的香气。芳香油除能给人以芬芳和愉快的感觉外，还可帮助消化，增进食欲，具有溶解脂肪体的功能。故在丰盛的宴席之后，喝上一杯浓茶，就感到十分惬意。其原因就是肚中油腻为芳香油所化。
一般来说，红茶含芳香油多于绿茶，高级茶含芳香油多于低级茶。
概括起来说，茶的功效至少有以下几种：
1.喝茶可以兴奋神经，消除疲劳，这是茶素的功效。茶素除能提神醒脑之外，还能刺激肌肉伸缩，增快血液循环，能兴奋神经，驱除睡意。
2.茶有发汗、利尿、止渴、解暑的作用。茶单宁有生津止渴的作用。茶素能刺激肾脏血管，使之膨胀，加快尿的排泄。
3.茶叶有解酒、解烟毒的功效。茶单宁和生钩碱结合生成白色的晶体沉淀，通过化学反应可以解烟毒，通过利尿可以解酒毒，咖啡碱可以中和酒精，所以民间用浓茶解酒是有一定道理的。
4.喝茶能帮助消化，溶解脂肪。茶叶芳香油能去油腻，清肠胃。茶还能消除口中异味，如吃了大蒜、大葱、螃蟹等，只要口中嚼些干茶叶或喝点浓茶，便能去除异味。
5.茶单宁有一定的杀菌作用。单宁与细菌表面的蛋白质结合，可生成白色的沉淀膜，可抑制细菌的繁殖和活动。尤其对伤寒病菌、痢疾杆菌的杀伤力特别强。所以经常喝茶的人可以少得疾病。
6.绿茶中维生素C含量较多。维生素C能增强微血管的弹性和张力，增强抵抗力，故高血压患者多喝绿茶有好处。
7.茶叶中的儿茶素和氟可以固齿防龋。它不仅能控制少年儿童龋齿的发生和发展，而且能减少牙菌斑，消除口臭，故儿童适量喝茶，也有好处。
8.茶叶含有有机化学成分茶多酚，有重要的保健功能。据研究，日饮一杯茶（3-5克绿茶或5克红茶）可以阻断人体摄入30。毫克硝酸盐后的N—亚硝基脯氨酸的内源性合成。一般人体每天从食物中摄入二级胺与硝酸盐是不可避免的，只要这些物质不转化成亚硝基化合物，对人体是无害的，但是，一旦形成亚硝基化合物，就有可能使细胞发生突变而致癌，故饮茶又有能防癌之说。
9.茶多酚还具有抗衰老，健美皮肤的功效。茶多酚有增强人体毛细血管的韧性，降低血脂，防止动脉粥样硬化的功能，还能保持机体组织的弹性、延缓细胞老化、保护肌肤表皮的细腻柔韧。据日本学者研究，茶多酚抗老化作用，超过维生素E十八倍。
10.茶叶中的矿物质钾、硒、锌等，对促进人体的新陈代谢，调节人体生理机能，促进人体生长发育都有重要的作用。
