茶叶含蛋白质、脂肪、碳水化合物、游离氨基酸、纤维素，以及维生素a、b、c、p、e等。常量矿物质有钾、钙、磷、镁；微量元素有铜、锌、铝、氟、锰、铁、碘、钼、硒等。绿茶中的维生素c含量比韭菜高9倍，比白菜高7倍，比菠菜高5倍，比香蕉高10倍。
茶叶含的药理成分更多，主要有咖啡因、可可碱、茶碱、胆碱、黄酮、类黄酮、黄碱醇、黄烷醇（内含儿茶酚）、黄嘌呤、酯类、酚类、醛类、多糖类、茶鞣质、芳香油化合物、苷类及菇烯类化合物等。
咖啡因能兴奋高级神经中枢，使精神兴奋，思维活跃，消除疲劳，提神醒脑。华佗在《食论》中指出：“君茶久饮，可以益思。”咖啡因能增强胃的分泌能力。咖啡因、茶碱可直接兴奋心脏，扩张冠状动脉，对末梢血管也有直接扩张作用。茶碱能松弛平滑肌，帮助治疗支气管哮喘和胆绞痛。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。
茶叶中的鞣质，有收敛胃肠的作用。此鞣质乃儿茶素与没食子酸酯的混合物，有高度的维生素p活性，能保持或恢复毛细血管的正常张力。
常饮绿茶，有助于降低血压。因为绿茶中含的儿茶素超过红茶、白茶、青茶。儿茶素可促进血液中胆固醇的溶解而降低血粘度，因而可以预防动脉粥样硬化。常饮绿茶的人，血液中胆固醇含量比不饮茶的人要低1／3左右。儿茶素对血管紧张素转换酶(ace)的活性具有较强的抑制作用，因此血管紧张素分泌较少，而缓激肽分泌较多：儿茶素还能增强心肌和血管壁的弹性，消除血管痉挛，以上都有助于降低血压。
茶叶中的茶多酚还有抗辐射、降血糖、降血脂、抗血凝、抗血栓等作用，可以用来防治多种疾病。茶叶中的儿茶素、维生素e、c等，能抑制氧自由基，阻止脂质过氧化，因此具有延缓衰老的作用。
茶叶中的茶色素，具有良好的抗癌作用。茶叶抗癌抑癌的机理是能抗多种致癌物所诱导的细胞基因突变，抑制癌细胞dna的合成，影响酶活性和直接杀伤癌细胞。此外，还能诱导癌细胞“自杀”，使癌细胞凋亡。因此，茶叶又被称为天然防癌、抗癌剂。
