茶叶的主要成分是无机物和有机物（依据含碳的多少来确定）。在茶叶的主要成分中，超过95%的部分是有机物，剩下的无机物部分不到5%。茶叶中含有大量的微量元素，比如我们平时所说的磷、钾、硫、镁、锰、氟等微量元素。
新鲜的茶叶中，80%的含量都是水分，晒干后水分含量比较低。茶叶中含有大量的叶蛋白，但是仅仅少部分叶蛋白能够溶于茶汤中（总量不超过5%），还有二十多种氨基酸（总量不超过5%）。另外，茶叶中也含有少量的脂肪。
茶叶含有许多种酚类化合物，其中含量最高、保健功效最大的就是茶多酚，茶多酚是茶叶中的精华活性成分，而茶氨酸仅存于茶叶中。
茶叶中还含有部分生物碱，如咖啡因、茶碱、可可碱、黄嘌呤、腺嘌呤等，这些生物碱在冲泡时可以溶解在水中。茶叶的苦味就是来源于咖啡因（其咖啡因的含量比咖啡豆更高）。茶叶中还含有香气成分，不同的茶品香气是不一样的。
