茶葉的成分中主要包括有水、蛋白質、氨基酸、咖啡因、多元酚類、碳水化合物、脂質、礦物質、植物色素、維生素、揮發性成分、有機酸，這些物質並非皆可經由沖泡的過程而溶於茶湯之中，像脂質，植物色素及蛋白質等成分甚難溶於水中，多元酚類及維生素會在茶葉製作過程中改變其成分及含量，至於影響茶湯品質幾個主要成分則大碳水化合物、咖啡因、氨基酸及多元酚類。
所謂品質，是指外形和內質的綜合反映，茶葉品質是茶葉物理性狀和主要的化學成分的具體表現。
毛茶的品質好壞，表現在色、香、味、形等方面。而這些都是由鮮葉化學成分的含量及其不同製造技術處理下，經過一系列的物理化學反應所形成的。因此，要從根本上了解茶葉品質的形成和茶葉色、香、味本質，就必須首先了解鮮葉各種化學成分。
茶葉中的化學成分到目前為止，經過分離鑑定的已知化合物約有500種，其中有機化合物有450種以上，茶葉中的化學成分雖如此複雜，但是，將其主要成分歸納起來只有十幾種。現將茶葉中化學成分的分類及品質介紹如下。
一、水分
水是一切生命活動的基礎。植物體內發生的各種化學變化、物質的形成和轉變，都離不開水。同樣，水也是茶樹生命活動不可缺少的物質。幼嫩的茶樹新梢中一般含水75％～78％，葉片老化以後含水量減少。不同茶樹品種、自然條件以及農業技術措施，鮮葉的水分含量也不相同。
鮮葉經過加工製成幹茶以後，絕大部分水分都已蒸發散失，最後一般只要求保留4％～6％的水分。
廣義而言，茶葉中除了水分以外，其餘都是幹物質，作為飲料的茶葉，其幹物質中約有35％～45％的物質是能溶於沸水的，這部分能溶於沸水的物質統稱為“水浸出物"，由於鮮葉的老嫩不同，其所製成的茶葉的水浸出物含量也不相同。水浸出物中包含著各種各樣的物質，諸如茶多酚、咖啡鹼、氨基酸、可溶性糖、果膠、無機成分、維生素、水溶色素和芳香物質等。茶湯品質好壞就決定於各種物質的種類，數量及其組成比例。
二、茶多酚
茶多酚是茶葉中酚類物質的總稱。主要由30多種酚類物質組成，根據其化學結構可分為兒茶素，黃酮類物質，花青素和酚酸等四大類。其中兒茶素的含量最高所佔比例最大，約佔茶多酚總量的70％左右，不同品種有所差異，高的可達80％以上，低的也有50％左右。
茶多酚的總量約佔鮮葉幹物質的1/3，是形成茶葉品質的重要成分之一。
三、蛋白質和氨基酸
氨基酸和蛋白質都是茶葉中的重要含氮物質，很多氨基酸是組成蛋白質的基本單位，茶葉中的蛋白質含量最高達22％以上，但絕大部分不溶於水，所以飲茶時，人們並不能充分利用這些蛋白質。能溶於水的蛋白質通常稱為“水溶蛋白"，其含量僅有1％～2％。
茶葉中的氨基酸種類甚多，已發現的有21種以上。氨基酸大多具有鮮味。有的氨基酸還帶有香氣，如苯丙氨酸類似玫瑰花香，丙氨酸、穀氨酸類似花香，茶氨酸類似焦糖香。
四、芳香物質
芳香物質是茶葉中種類繁多的揮發性物質的總稱，習慣上稱為芳香油。芳香物質在茶葉中含量並不多，但對茶葉品質起著重要的作用。
五、生物鹼
茶葉中含有多種的嘌呤鹼，其中主要成分是咖啡鹼，它所佔的比例相當大。此外，還含有少量的茶葉鹼、可可鹼等。
咖啡鹼在茶湯中與茶多酚、氨基酸結合形成絡合物，具鮮爽味，有改善茶湯滋味的作用。這種絡合物在茶湯冷卻後，能離析出來，形成乳狀的“冷後渾’’，這是茶湯優良的標誌。
咖啡鹼作為藥用，具有興奮中樞神經，加強肌肉收縮的能力，消除疲勞的作用。在藥理上具有利尿強心和防高血壓的作用。此外，還有加速肝的解毒作用，減輕煙鹼和酒精的毒害。
六、糖類
茶葉中糖類包括單糖、雙糖和多糖三類，有幾十種之多，其含量為20％～30％。茶葉中的糖類化合物都是由光合作用合成、代謝轉化而形成的，因此，糖類化合物的含量與茶葉產量密切相關。
茶葉中的糖類化合物，除上述糖類物質外，還有很多與糖有關的物質，其中主要包括：果膠、各種酚類的糖甙、茶皂甙、脂多糖等。
七、茶葉色素
廣義而言，茶葉色素是指茶樹體內的色素成分和成茶沖泡後，形成茶湯顏色的色素成分。
八、有機酸
茶葉中含有多種數量較少的遊離有機酸。其中主要的有蘋果酸、檸檬酸、草酸、雞納酸和對一香豆酸等。
茶葉中的草酸鈣，其含量約為0.01％。在茶樹體內，它與鈣形成草酸鈣晶體，在對茶樹葉片進行解剖顯微觀察時，可見到這種晶體。用此可作為鑑定真假茶的依據。
九、酶和維生素
酶是一類具有生理活性的蛋白體，是生物體進行各種化學反應的催化劑，它具有功效高、專一性強的特點。離開這類化合物，一切生物包括茶樹在內就不能生存，茶樹物質的合成與轉化，也依賴於這種物質的催化作用。
茶葉中含有多種的維生素，有水溶性和脂溶性維生素兩大類，飲茶不僅能解渴、提神，而且還具有一定的營養意義。
十、灰分(無機成分)
茶葉經過高溫灼燒後殘留下來的物質總稱“灰分”，約佔幹物質重的4％～7％。
因此，灰分含量是茶葉出口檢驗項目之一，通常規定灰分含量不宜超過6.5％。灰分含量過多是茶葉品質差或是混人泥沙雜質的緣故。
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