茶叶生物碱是茶树体内一类含氮杂环分子结构的有机化合物。

在茶树体中，主要是嘌呤类生物碱，其次也有少量嘧啶类生物碱。茶叶中已发现的嘌呤碱有：咖啡碱、可可碱、茶叶碱、腺嘌呤、乌便嘌呤、黄嘌呤、次黄嘌呤、拟黄嘌呤等，嘧啶碱中有：胞核嘧啶、尿嘧啶、5-甲基胞核嘧啶、胸腺嘧啶等，其结构特点均以嘌呤环为基本骨架。

茶叶生物碱中，最重要的是咖啡碱、可可碱、茶叶碱。咖啡碱一般占干物量的2-4%，可可碱约含0.05%，茶叶碱约含0.002%。

①咖啡碱：学名为1，3，7-三甲基黄嘌呤，呈白色柔韧有绢丝光泽的针状结晶体，无臭、有苦味，露置干燥空气中有风化性，常集结成团；能溶于冷水，易溶于热水，水溶液对石蕊试纸呈中性反应；能溶于乙醇、丙酮，易溶于氯仿，难溶于乙醚或苯。

咖啡碱为碱性极弱的生物碱，和酸形成的盐亦极不稳定，溶于水或醇时，又会立即分解，转化成游离的咖啡碱和酸。咖啡碱是构成茶汤滋味的重要组成。在红茶中的咖啡碱能和茶黄素、茶红素等品质成分形成复合物，提高茶汤的鲜爽度。

②可可碱：学名为3，7-二甲基黄嘌呤，又称可可豆碱，呈白色结晶性粉末；无臭，略有苦味，溶于热水，难溶于冷水及乙醇，几乎不溶于苯、乙醚、氯仿；具有两性反应。

③茶叶碱：学名为1，3-二甲基嘌呤。又称茶碱，系可可碱同分异构体。呈白色无臭的结晶性粉末，熔点269-274℃；略溶于冷水、乙醇或氯仿，易溶于热水，难溶于乙醚；具有二性化合物性质，酸性比可可碱强。