茶叶含挥发袖约0.6%，调制的绿茶含挥发油约0.006%，是茶叶的香气成分。主成分是β，γ-庚烯醇，占50～90%，以及α，β-庚烯醛等。红茶的香气成分是：α-及β-紫罗兰酮和它的衍生物，α-松油醇，癸二烯-2，4-醛，3，7-甲基辛三烯-1，5，7-醇-3，2-苯基丁烯-2-醛，茶螺酮，茉莉花素，δ-毕澄茄烯，糠醇，α-衣兰油烯，甲酸苄酯，甲酸苯乙酯，牻牛儿醛，吡咯-2-甲醛，苯甲酸己烯-2-酯，甲基苯基甲醇，吲哚等。
茶叶中尚含三萜皂甙及甙元：茶皂醇E、茶叶皂甙等，并含维生素C130～180毫克%，少量胡萝卜素，二氢麦角甾醇，黄酮类槲皮素及山柰酚等和黄酮醇与没食子酸所成的一些酯。
【药理作用】茶叶的药理作用主要由其所含的黄嘌呤衍化物（咖啡因及茶碱）所产生；另外尚含大量鞣酸，故有收敛、抑菌及维生素P样作用。
①对中枢神经系统的作用
咖啡因能兴奋高级神经中枢，使精神兴奋，思想活跃，消除疲劳；过量则引起失眠、心悸、头痛、耳鸣、眼花等不适症状。它能加强大脑皮层的兴奋过程，其最有效剂量与神经类型有关。
②对循环系统的作用
咖啡因、茶碱可直接兴奋心脏，扩张冠状血管。对末梢血管有直接扩张作用。但咖啡因对血管运动中枢、迷走神经中枢也有兴奋作用，因而影响比较复杂。
③对平滑肌、横纹肌的作用
茶碱（通常使用氨茶碱）能松弛平滑肌，故用以治疗支气管哮喘、胆绞痛等。咖啡因还能加强横纹肌的收缩能力。
④利尿及其他作用
咖啡因，特别是茶碱能抑制肾小管的再吸收，因而有利尿作用。咖啡因能增强胃分泌，故活动性消化性溃疡病人不宜多饮茶。对代谢有兴奋作用。
⑤抑菌作用
茶叶浸剂或煎剂在试管中，对各型痢疾杆菌皆具有抗菌作用，其抑菌效价与黄连不相上下。一般而言，花茶、绿茶的抗菌效能大于红茶，对志贺氏痢疾杆菌的作用强于其他三型（福氏、施氏、宋内氏）。对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、乙型溶血性链球菌、白喉杆菌、炭疽杆菌、枯草杆菌、变形杆菌、绿脓杆菌等亦有抑菌作用；血液及肉汤能减弱其抑菌作用，茶的浓度过高相反也会降低其作用。在试管中茶叶煎剂对葡萄球菌、链球菌的作用略逊于黄连而优于磺胺噻唑。对霍乱弧菌在试管中也有明显的杀灭作用，且在低于体温的温度（27℃）下即有效力。痢疾杆菌在茶叶肉汤培养基中多次传代后，能产生明显的抗药性。茶叶抗菌的有效成分一般认为即系鞣质。对豚鼠（眼）的痢疾杆菌实验性感染，茶叶煎剂有一定的预防作用。
⑥收敛及增强毛细血管抵抗力
茶叶中的鞣质，有收敛肠胃的作用。此鞣质乃儿茶素与没食子酸酯的混合物，有高度维生素P的活性。它能保持或恢复毛细血管的正常抵抗力。实验证明，它能抑制大鼠无菌性炎症的发展；在慢性试验中，连续用药可降低兔的收缩压，停药后很快恢复正常。
茶叶中含咖啡因一般在2～3%，故一杯浓茶含咖啡因在0.1克左右。快速浸泡之茶，咖啡因几全可浸出，但其中所含鞣质则仅可浸出一部分（鞣质可妨碍消化），因此，短时浸泡似很合理。发酵后之红茶，挥发性成分（茶之香味）损失一部分，鞣质也被破坏一部分（大致含量为5～6%），较绿茶（鞣质含量12～15%）为少。
