茶叶含有较为丰富的维生素，尤其是维生素A、维生素C、维生素P、维生素K和B族的含量较高。
茶叶中能通过饮茶被人体直接吸收利用的水溶性蛋白质含量约为2％，大部分蛋白质为不溶性物质，存在于茶渣内。茶叶中的氨基酸种类丰富，多达25种。这些氨基酸在茶叶中的含量虽不高，但可作为人体日需量不足的补充。
茶叶中含有丰富的微量元素，尤其是钙、钾、铁、镁、锌含量较高。
饮茶能提神益思、消除疲劳。原因主要是，茶叶中的咖啡碱含量较高，它是茶叶中生物碱含量最高的一种，易溶于水，在常温下被冲泡出来的咖啡碱约占80％，占成茶干物质总重量的4％左右。咖啡碱是一种白色丝光针状的结晶体，被人体吸收以后，既能刺激中枢神经系统，清醒头脑，帮助思维，又能加快血液循环，活跃筋肉，促进新陈代谢，使人解除疲劳、提神益思、增进工效。咖啡碱还有扩张血管、松弛冠状动脉的作用，在治疗心绞痛和心肌梗死等症时，又可作为一种辅助剂。
茶叶中的咖啡碱，还不同于普通纯咖啡碱。纯咖啡碱对胃有刺激性，而茶叶中的咖啡碱被茶水里的其他物质所中和，形成一种络合物。
