茶叶的有效成分指的是茶叶化学物质组成中起到发挥茶叶功效的重要部分。茶叶的有效成分主要包含茶多酚、茶色素、生物碱、茶多糖、芳香物质、维生素、茶氨酸、膳食纤维、微量元素等，都是二级代谢产物。

茶叶的有效物质中，排在前四位的分别是碳水化合物２５％－３０％（多糖＋单寡糖）、蛋白质２０％－３０％（茶氨酸０．４％－３％）、茶多酚２５％－３０％、咖啡碱２％－４％。补充：其中茶多糖约占茶叶干物质的２０％以上。

茶多酚是茶叶里多酚类化合物的总称，属于缩合鞣质（缩合单宁），是茶叶中最重要的化学和功能成分之一，是茶汤有甜味的主要物质来源。茶多酚的结构特性决定了它具有抗氧化的作用，并且还有抗肿瘤、防治心脑血管疾病、抗菌抗病等的功能。

茶多酚可以通过其抗氧化性、调控致癌关键酶的作用、阻断信息传递、抗血栓的形成、诱发细胞凋亡等多途径，发挥抗肿瘤的作用。

茶多酚的氧化程度是区分六大茶类的重要指标，其中绿茶茶多酚约占干物质２５％，红茶约占１８％，青茶、黄茶、白茶约占１５％－２０%，黑茶５％－１０％。

茶叶中的多糖复合物叫做茶多糖，茶多糖含有较多的脂类成分，与蛋白质和矿物质元素紧密结合茶多糖的主要功能有降血糖、抗凝血和血栓、降血脂和增强机体免疫力的作用。

茶多糖可以抗凝血和血栓。血栓形成主要是由于血小板的黏附和聚集、血液凝固和纤维蛋白溶解。茶多糖能通过抑制血小板的黏附作用，降低血液浓度。

青茶的茶多糖含量约为2.65％，高于红茶、绿茶。红茶约为0.4％－0.85％，绿茶约为0.81％－1.41%。

茶叶中的包含了茶氨酸、谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、天冬氨酸等２０余种氨基酸，茶氨酸是构成茶叶香气味道和鲜爽口感的重要组成成分，是茶叶中最重要的氨基酸，除了茶叶之外只有少部分菌菇和山茶属植物种出现，因此茶氨酸也成为了茶叶中独具代表性的一种化学物质。

茶氨酸有保护神经细胞、调节神经递质的作用，可以促进神经发育、提高大脑学习记忆的功能；对帕金森、阿尔茨海默病等神经系统疾病有改善作用。

茶氨酸有镇静安神的作用。茶叶对神经系统的调节是双向的，咖啡碱可以起到兴奋神经的作用，而茶氨酸则可以缓解咖啡碱带来的神经兴奋作用，起到镇静、安神、助眠的效果。

咖啡碱又叫咖啡因，与可可因、茶碱共同构成茶叶中的生物碱。咖啡碱不只存在于茶叶中，还广泛存在于其他食品中，比如咖啡、巧克力等。但是这并不影响咖啡碱在茶化学物质组成中的重要地位，因为茶叶最早被人利用就是因为其“醒睡”的功效，而发挥其醒睡功效的主要物质正是咖啡碱。

一般来说，古茶树、大叶茶树的芽叶里咖啡碱含量较高；南方茶树品种蕴含的咖啡碱含量高于北方茶树；夏茶中的咖啡碱含量高于春茶；因为高温的缘故，咖啡碱会随之升华而有所减少，故红茶中的咖啡碱含量要高于绿茶。