茶叶多酚类物质约占茶树鲜叶干物重的20%~35%，其含量之高，是其他植物所不能比拟的。它是茶叶的特征生物化学成份，因此，利用茶多酚含量的高低可区别真假茶叶。茶多酚是茶树酚类物质及其衍生物的统称。它是茶叶中的重要活性物质。
茶叶嘌呤碱是茶生物碱的一类含嘌呤环的嘌呤衍生物，主要有咖啡碱、可可碱、腺嘌呤等。而茶叶咖啡碱在茶叶嘌呤碱中所占比例最高，含量达新梢干物质含量的2%~4％。其化学名称为1，3，7-三甲基-2.6-二氧嘌呤。茶叶咖啡碱也是茶叶的一种特征化学物质，它对茶汤滋味的形成有重要作用。
茶叶中已鉴定的游离氨基酸有26种，其含量一般占干物质的1-4%，浙江省安吉县的白茶氨基酸的含量可高达6~8%。茶叶中的氨基酸含量最高的是茶氨酸，它在新梢中的总量约占总游离氨基酸的60-70%左右。其次是谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、天门冬氨酸等，占新梢中总游离氨基酸的20%--25%。
茶叶中的茶氨酸是茶树中一种比较特殊的在一般植物中罕见的氨基酸，是茶树中的特征性物质。茶氨酸极易溶于水，且具有焦糖的香味与类似味精的鲜爽味。同时，具有很好的保健作用，可作为茶叶品质的重要评价因子之一。
茶叶的糖类物质构成较多，如纤维素、单糖、双糖、脂多糖、果胶等。但与离体后茶叶品质有关的主要是一些可溶性糖，如葡萄糖、果糖、半乳糖等。
