Бодрящее и стимулирующее действие зеленого чая связано с входящим в его состав алкалоидом кофеином. Этот алкалоид имеет также название теин. Таким образом, термины кофеин и теин тождественны.
В зелёном чае содержатся катехины, дубильные вещества и сильные антиоксиданты. Танин - изомер одного из кахетинов - обладает важным биологическим свойством подавлять деятельность патогенных микроорганизмов. Польза зелёного чая проявляется в онкопротекторных свойствах, обусловленных входящим в его состав галлатом эпигаллокатехина. В опытах над животными установлено, что это соединение разрушает свободные радикалы, сохраняя клетки неповреждёнными, уменьшает размер опухолей. Соединение теина с танином образует таннат кофеина, замедляющий всасывание кофеина и придающий зелёному чаю характерный вкус и аромат.
Из-за щадящей обработки растительного сырья в зеленых сортах чая содержание теина оказывается выше, чем в черной разновидности. Наивысшая его концентрация в молодых листьях и почках. В зрелых листьях содержание теина и дубильных веществ ниже.
Зеленый чай содержит витамины А, группы В, Р, РР, К, С, которые сохраняются практически в полном объёме после технологической обработки. Микроэлементы в составе зелёного чая представлены медью, йодом, калием.