經由專業的儀器分析中，發現茶葉的化學成分有五百多種，除了有糖類、蛋白質、脂肪與類脂物質…三⼤⾃然物質之外與其他化合物。
茶葉在製造加⼯過程中經過物理與化學變化中會產⽣的不同茶葉的⾊、香、味物質。
茶葉中的化學成分可分為「茶菁」、「茶幹」、「茶湯」三種狀況來說……
「茶菁」就是剛採摘下來的新鮮茶葉，因為不同的茶樹品種，不同的⽣長部位、⽣⻑環境與栽培條件不同，其中的內含物會有差異。
「茶幹」就是經過茶葉的製作後的成品，因為製成過程的發酵程度不同，所以組合成分也不相同。
「茶湯」就是茶幹衝泡⽔之後溶出來的汁液，這就是影響到喝到⼈體內的直接成分。
茶湯內含物百分比：
1.⽔分：
在新鮮的茶葉上的⽔分佔有75～80%左右比重，成品的茶幹含⽔量在5%以下。
當茶幹中⽔分含量超過12%時，茶葉的化學反應不僅會繼續進⾏，⽽且還能吸收空氣中的氧氣，使微⽣物不斷滋⽣，然後茶葉就會變質或發酸。
2、多元酚類物質：
這裡指的就是我們經常聽到的「茶多酚」就是茶葉中有三十多種的多元酚類物質的總稱，茶多酚又稱「茶鞣」，因為大部份能溶解於水中，又稱「水溶性鞣質」。
包括：兒茶素類、花色素類（黃烷醇類）、花黃素類（黃酮類）和酚酸類等四大類物質組成。
茶多酚很容易自動氧化，它氧化聚合後會產生「茶黃素」和「茶紅素」等，會影響到茶的湯色和滋味。
茶多酚中最獨特的健康成分「兒茶素」是決定茶葉色、香、味的重要成分，也是形成不同茶類的主要物質，具有強烈的收斂性與苦澀味。
兒茶素又稱「單寧酸」在茶湯中物質最多佔50%以上，在不同品種、不同採摘時期、生長部位、栽培管理和氣侯的變動因素下，會造成兒茶素類成分含量不同。
在國外發表的研究報告中，兒茶素中含有對生理非常有助益功效，其中主要的成分包括有：
表兒茶素（EC）、沒食子兒茶素（GC）、表沒食子兒茶素（EGC）、表沒食子兒茶素培酸酯（EGCG）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）
在不同季節的採收的茶葉中的兒茶素含量依序如下：夏＞春＞秋＞冬
茶多酚和兒茶素也會隨著海拔高度的提高而減少，在夏季採收綠茶前遮蓋黑網，也會降低兒茶素的含量，其用意在減少綠茶的苦澀程度。
兒茶素會溶於熱水而不溶解於冷水，所以，冷泡茶會比較沒有苦澀感。
如果想將健康的兒茶素喝進身體，可以選擇喝熱茶。
一般茶葉中的兒茶素類佔茶幹的10%~30%，佔可溶於茶湯內成分的40%~50%；在茶湯中可與咖啡因結合，以減緩咖啡因對人體的影響。
目前國內外研究都證實兒茶素及其氧化聚合物對人體具有抗氧化、抗發炎、抗菌、抗細胞突變作用、抗腫瘤及抗過敏等作用，另外還可強化微血管活性、增加維生素C攝取、降低血液中膽固醇及低密度脂蛋白含量，防護輻射傷害、抑制血壓上升及抑制血小板凝集等生理功效。
三、生物質：
茶葉中的生物鹼包括咖啡因、可可鹼和茶梗，其中以咖啡因的含量最多，約佔茶幹總量的2%～5%，它是氮代謝的產物，在新陳代謝旺盛的茶葉嫩梢（嫩芽）部份及春茶的含量較高……
當茶湯溫度低於38°C時，咖啡因會與茶葉中的多酚物質、蛋白質...等大分子物質結合產生沉澱，冷溫時結合、高溫時分開，是一種不溶性膠質沉澱，稱為乳化作用（凝乳）或稱為「冷後渾」…
這個作乳化作用和茶湯的活性有直接關係，紅茶審評中也當作是衡量紅茶品質優劣的指標之一。紅茶湯的活性愈大，乳化作用愈大，也會增加茶湯的鮮爽度。
咖啡因佔茶湯可溶成分的８~10%，通常一天攝取300毫克的咖啡因對大部份的成人是無害的，咖啡因在攝取後的幾個小時就會被代謝掉，不會積在人體內。
咖啡因與茶鹼屬於大分子物質，在冷水中釋出率較低，因此飲用冷泡茶不會攝取到太多的咖啡因和茶汁，也比較不會影響腸胃和睡眠。
咖啡因對人體會產生刺激中樞神經、提神、強心、利尿等生理作用，也是支氣管的和緩擴張劑，可加速脂肪裂解的代謝作用。但茶葉中所含咖啡因與咖啡中的咖啡因雖然是同一物質，但其化學組成結構不同茶葉中的兒茶素類及氧化聚合物可降低咖啡因對人體的生理作用。
四、胺基酸：
茶葉中的胺基酸帶有鮮甜味，十分容易溶解在水中，是決定茶湯品質的鮮爽度。胺基酸與兒茶素作用會使茶葉的香氣發生變化，胺基酸在茶芽嫩梗、高海拔、春冬茶的茶葉中含量較多。
制茶過程中產生的香氣，烘焙時胺基酸與還原醣間產生「梅納反應」，使茶葉具有焙火香。
高山茶的胺基酸比平地茶高出26%，香精油總量高出41%。高山茶的醛類物質含量也較高，是形成高山茶較香、較為鮮爽的原因。
五、茶葉色素：
茶葉中的色素包括脂溶性色素和水溶性色素。葉綠素不溶於水。
類胡蘿蔔素（類黃色素）在制茶過程中會轉變為茶葉的香氣，並且具有吸收光的性質，容易被氧化，會使茶湯質變。
黃酮類物質、花青素、茶黃素、茶紅素、茶褐素…是水溶性色素，並且決定茶湯的顏色。
黃酮醇：約佔茶幹的0.6%~0.7%，對人體具有增強微血管壁及消除口臭的功效。
六、芳香物質：
茶葉的香氣是由茶葉的品質與加工製造過程決定的。茶葉含有的香氣成分化合物高達300多種。
茶葉中的芳香物質是指「茶葉中揮發性物質的總稱」。在茶葉化學物質的總含量中，芳香物質含量並不多，所以香氣其實是由茶菁的品質及加工製造的條件所決定的。一般鮮葉中含0.02%，綠茶含0.005~0.02%，紅茶中含0.01~0.03%。茶葉中芳香物質雖然不多，但種類卻很複雜。
據分析，這些茶葉含有香氣的化合物多達300餘種；鮮葉約含有50種；綠茶香氣成分化合物有100種以上；而紅茶更多達300多種。而這些組成茶葉芳香物質的主要成分有醇、酚、醛、酮、酯、內酯類、含氮化合物、含硫化合物、碳氫化合物、氧化物等十多種。
綜合上面所講的重點就是，茶香是由茶葉加工工藝和茶樹品種兩者來決定的，而另一點毋庸置疑的是，茶葉香氣是決定品質的重要因素之一。茶葉香氣成分很多，但含量卻很少，茶中以烏龍茶與紅茶的香氣含量相對較高，而綠茶的含量較低。
主要香氣種類：醇類、醛類、乙烯醇、酮類、羧酸類、酯類、酚類、含氮或硫化合物。
醇類：脂肪族醇：正丁醇、異丁醇、異戊醇、順-3-己烯醇...等
芳香族醇：本甲醇 (蘋果香)、苯乙醇 (玫瑰香)、苯丙醇 (似水仙花香)
萜烯醇類：芳樟醇、香葉醇、橙葉醇
醛類：脂肪族醛：青葉醛
芳香族醛：苯乙醛、肉桂醛
樸烯醇：香葉醇
酮類：酮類在茶葉中含量極少，但貢獻很大，例，B-紫羅酮與綠茶香氣。茶螺烯酮、茉莉酮 ( 茉莉花香，也是構成花茶、新茶的香味物質 )
羧酸類：這類物質在橙茶中的含量比鮮葉高，尤其是紅茶。在紅茶的芳香物質中比例佔了約30%，而綠茶中僅佔2-3%。所以這類物質，也就是紅綠茶香型差別的主因之一。( 另外，乙酸的含量常作為茶葉黴變的指標之一 )
酯類：酯類是香氣物質的主要成分，乙酸和芳香醇形成的酯，通常具有強烈的香氣，大多為花香。例如己烯酸己烯酯，是綠茶中的主要酯，是構成綠茶、新茶香的特徵成分，其含量隨茶葉存放時間變長而減少，茶葉越陳化含量越低。
酚類：在茶中含量少不影響茶葉香氣，但如果這些物質增加，則會導致煙味或煙焦味。如，苯酚含量常用來檢測"煙氣"的程度。愈創木酚及其衍生物，由木質素、多酚類不完全燃燒的產物，往往具有煙焦味。向殺菁過程中就會產生這樣的物質跟氣味。
含N或S的化合物：二甲硫，綠茶新茶香的成分之一；二甲基砒秦，含量低時有明顯烘炒香，但含量高時會有焦氣。
七、蛋白質：
茶葉中的蛋白質成分中的酶類，是參與「 酶促反應 」的催化劑。也是增加茶葉黏稠度的物質。就像一般食物一樣，茶湯中的蛋白質會造成久放的茶湯泡掉變質，這就是為什麼熱泡後放置時間太長，甚至放到隔夜的茶不宜飲用，可以把衝泡好的茶湯過濾出茶渣後放冷，然後拿去冷藏。
八、糖類：
茶葉西含有單醣（葡萄糖、甘乳糖、果糖…）與雙醣類（麥芽糖、蔗糖、乳糖…）和多糖（纖維素、半纖維素、果膠、澱粉、活性多糖、脂多糖）三類。單糖與雙糖可溶於水，是組合茶葉滋味的物質之一。
九、果膠質：
果糖與糖類、胺基酸的含量決定茶葉質地厚重。可增加茶湯的香甜與厚實的滋味…高海拔、嫩芽含量較高。
十、脂類：
水解時產生的脂肪酸是一些不穩定的化學成分，在空氣中會氧化生成陳味或酸敗臭味……茶幹保存要避免高溫、光照、氧氣。
PS：氟
一般作作完成的茶葉約含有150~350ppm的氟，實際上在我們衝泡茶葉的過程中，氟並非一下子全部釋出，而是以1ppm左右濃度緩緩釋出，因此愛泡茶及喝茶的人通常都不容易有蛀牙。