据现代科学检测，茶叶中含有600余种物质，其中有机物质有500余种，约占总量的93.0%～96.5%;无机化合物有100余种，约占总量的3.5%～7.0%。、
茶叶（干茶）中的主要成分，主要是茶多酚、氨基酸/蛋白质、生物碱、色素、糖类、其它（维生素、类脂类、茶皂素、果胶、酶类、有机酸、芳香物质、水分、矿物质、无机化合物）等。
1、茶多酚
茶多酚是茶叶中30多种酚类物质的总称， (亦称“茶鞣质”、“茶单宁”，包括儿茶素类、黄酮及黄酮苷类、花青素和花白素类、酚酸和缩酚酸类等四大类物质。)，其含量约占干物质总量的15%以上，高的可超过40%，茶的浓度、刺激性、强度一般都随着茶多酚含量的增加而增加。大叶种高于中小叶种。在茶叶内含物中比例最高，易溶于水。茶叶的大部分品质就是取决于茶多酚的含量、比例以及其转化物的类型，它对茶叶的色香味形成有很大的影响，是考察一款茶叶非常重要的指标。
在茶多酚总量中，儿茶素约占70%，它是决定茶叶色、香、味的重要成分。茶多酚的氧化，产生一系列复杂的成分，其中就包含很多具有芳香性的酯类物质，这会让茶的滋味变得更加醇厚美妙而富于层次。
2、氨基酸
氨基酸是组成蛋白质的基本物质，含量占干物质总量的1%～4%。茶叶中的氨基酸已发现有茶氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸等26种，且各种氨基酸季节变化规律明显，氨基酸总量表现为春高、秋低、夏居中的趋势，这也是春茶较为鲜爽的原因。
另外，茶的高纬度、低气温低、弱光照会促进茶氨酸形成，所以高山茶比低海拔的茶氨基酸含量要高，这也是“高山云雾出好茶”的重要原因。
3、生物碱
茶叶中含有咖啡碱、茶碱和可可碱，都能溶于水，其中主要是咖啡碱，呈苦涩味，与茶多酚、氨基酸一起是决定茶叶口感品质的三大主要成份。
咖啡碱和茶多酚是茶叶苦涩味的重要来源（多酚化合物、茶皂物也能形成苦），但是又有些不同。茶多酚具有收敛性和苦涩感，但他能促进回甘，而咖啡碱的苦那是真的苦，几乎转化不了回甘。但另一方面，咖啡碱跟儿黄素、茶黄素等物质结合，又可以提升茶顺滑鲜爽的感觉。
4、糖类物质
茶叶中的糖类物质包括单糖、寡糖、多糖及其少量其他糖类。其含量占干物质总量的20%～25%。
茶多糖，是一类组成复杂且变化较大的混合物，是一种酸性蛋白，并结合有大量矿质元素，其含量约占干物质的2.34%～5.13%。
茶叶滋味中的甜味物质，主要是可溶于水的单糖、双糖及可水解的多糖。单糖主要有葡萄糖、果糖、核糖等;双糖主要有麦芽糖、蔗糖、乳糖等，单糖和双糖都是可溶解在水里的，是茶叶滋味中的甜味物质。而多糖主要有淀粉、纤维素、半纤维素和木质素等，是碳水化合物的主体，但其中只有大约1%一2%的淀粉，大部分都是纤维素和半纤维素。多糖属低聚糖(寡糖)，它不可溶于水，但可水解，水解后在唾液酶的作用下还原成葡萄糖，使味觉产生甜味。
5、矿物元素
茶叶中的矿质元素相当丰富，磷、钾含量最高，钙、镁、铁、锰、铝次之，铜、锌、钠、硫、硒、氟为微量元素，人体必需的24种矿质元素。
6、茶皂素
为五环三萜类化合物的衍生物，其含量只占干物质总量的0.07%左右。
7、果胶
茶叶中的果胶等物质是糖的代谢产物，含量占干物质总量的4%左右。果胶的存在有利于茶叶加工过程中手工揉捻成形，且跟茶汤粘稠度等有关。水溶性果胶是形成茶汤厚度和外形光泽度的主要成分之一。
8、有机酸
茶叶中有机酸种类较多，含量为干物质总量的3%左右。茶叶中的有机酸多为游离有机酸，如苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、草酸等。在制茶过程中形成的有机酸，有棕榈酸、亚油酸、乙烯酸等。
茶叶中的有机酸是香气的主要成分之一，现已发现茶叶香气成分中有机酸的种类达25种，有些有机酸本身虽无香气，但经氧化后转化为香气成分，如亚油酸等；有些有机酸是香气成分的良好吸附剂，如棕榈酸等。
9、类脂类
茶叶中的类脂类物质包括脂肪、磷脂、甘油脂、糖酯和硫酯等，含量占干物质总量的8%左右。对形成茶叶香气有着积极作用。类脂类物质在茶树体的原生质中，对进人细胞的物质渗透起着调节作用。
10、色素
茶叶中的色素包括脂溶性色素和水溶性色素两部分，含量仅占茶叶干物质总量的1%左右。脂溶性色素不溶于水，有叶绿素、叶黄素、胡萝卜素等。水溶性色素有黄酮类物质、花青素及茶多酚氧化产物茶黄素、条红素和茶褐素等。
脂溶性色素是形成干茶色泽和叶底色泽的主要成分。六大茶类的色泽均与茶叶中色素的含量、组成、转化密切相关。
11、芳香物质
茶叶中的芳香物质是指茶叶中挥发性物质的总称。在茶叶化学成分的总含量中，芳香物质含量并不多，一般鲜叶中含0.02%，绿茶中含0.005%～0.02%，红茶中含0.01%～0.03%。
茶叶中芳香物质的含量虽不多，但其种类却很复杂。据分析，通常茶叶含有的香气成分化合物达三百余种，组成茶叶芳香物质的主要成分有醇、酚、醛、酮、酸、酯、内酯类、含氮化合物、含硫化合物，碳氢化合物、氧化物等十多类。
鲜叶中的芳香物质以醇类化合物为主，低沸点的青叶醇具有强烈的青草气，高沸点的沉香醇、苯乙醇等，具有清香、花香等特性。
12、维生素类
茶叶中含有丰富的维生素类，其含量占干物质总量的0.6%～1%。维生素类分水溶性和脂溶性两类。
脂溶性维生素有维生素A、维生素D、维生素E和维生素K等。维生素A含量较多。脂溶性维生素不溶于水，饮茶时不能被直接吸收利用。
水溶性维生素有维生素C、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B11、维生素P和肌醇等。维生素C含量最多，人们通过饮茶可以吸取一定的营养成分。
13、酶类
酶是一类具有生理活性的蛋白体，是生物体进行各种化学反应的催化剂，具有功效高、专一性强的特点。离开这类化合物，一切生物包括茶树在内就不能生存，茶树物质的合成与转化，也依赖于这种物质的催化作用。
酶是一种蛋白体，在茶树生命活动和茶叶加工过程中参与一系列由酶促活动而引起的化学变化，故又被称为生物催化剂。
酶蛋白在高温或低温条件下有易变性失活的特点。各类酶均有其活性的最适温度范围，一般在30C～50℃范围内酶活性最强。酶若失活、变性，则就丧失了催化能力。
茶叶加工就是利用酶具有的这种特性，用技术手段钝化或激发酶的活性，使其沿着茶类所需的要求发生酶促反应而获得各类茶特有的色香味。
如绿茶加工过程中的杀青就是利用高温钝化酶的活性，在短时间内制止由酶引起的一系列化学变化，形成绿叶绿汤的品质特点。
红茶加工过程中的发酵就是激化酶的活性，促使茶多酚物质在多酚氧化酶的催化下发生氧化聚合反应，生成茶黄素、茶红素等氧化产物，形成红茶红叶红汤的品质特点。
普洱茶加工中没有高温烘焙，因此酶促作用才可以长期进行。其后的自然发酵，就是在茶叶内源酶和微生物的共同作用下，分解转化茶叶的蛋白质、生物碱、多酚、多糖等大分子物质，生成呈甜、呈香、呈醇类成份，并减少或消除青杂气及各种令人不习惯、不愉快杂味、杂气，才得以“越存越香”。
14、无机化合物
茶叶中无机化合物总称为灰分，是指茶叶经550灼烧灰化后的残留物，茶叶灰分占干物质总量的3.5%～7.0%，分为水溶性和水不溶性两部分。灰分主要是一些矿物质元素及氧化物。
灰分中能溶于水的部分称之为水溶性灰分，占总灰分的50%～60%。嫩度好的茶叶水溶性灰分较高，粗老茶、含梗多的茶叶总灰分含量高。
灰分是出口茶叶质量检验的指标之一，一般要求总灰分含量不超过6.5%。
茶树鲜叶中水分占绝大比例，鲜叶经加工制成干茶以后，一般只要求保留4－9％的水分。因此，通常需要4kg多鲜叶才能建造1kg干茶。
干茶中约有35－45％的物质是能溶于沸水的，这部份能溶于沸水的物质统称为“水浸出物”，由于鲜叶的老嫩不同，其所制成的茶叶的水浸出物含量也不一样。
水浸出物中包含着各种各样的物质，如上文所提到的茶多酚、咖啡碱、氨基酸、可溶性糖、果胶、无机成份、维生素、水溶色素和芳香物质等。其相对含量和比例共同决定着茶叶的口感和质量。
茶叶中内含物质的多少，决定着茶汤中千变万化的滋味。