有生物化学家分离鉴定出茶叶含有500多种化合物，而构成这些化合物的基本元素多达25种以上。蛋白质、氨基酸、碳水化合物、脂肪、矿物质、维生素、粗纤维和水等7类通常所说维护健康、提供生长发育所需要的营养素在茶叶中几乎都能找得到。
其中，茶叶中的蛋白质含量高达20%以上，而茶叶中的氨基酸约有30种，茶氨酸的含量最高，通常占氨基酸总量的50%以上，并为茶叶所特有。
茶叶中氨基酸极易溶解于水，不少氨基酸都有一定的香气和鲜味，它们不仅为所必需，而且也是茶叶的主要滋味来源。它们的总含量因品种、季节、老嫩的不同而各异，一般是在嫩芽与嫩茎中的含量较高。此外，茶叶中还含几十种碳水化合物，磷、钾、钙、镁、铁、锰、锌、铜、氟、钼、硼等大量所需的各种元素。
