Химически чистые эфирные масла представляют собой алифатические и ароматические углеводороды, альдегиды, кетоны, фенолы, сложные кислоты (вроде салициловой) и другие исключительно летучие, легко испаряющиеся соединения. Большинство из них способны улетучиваться не только при значительном повышении температуры, но и при неправильном хранении или неправильной заварке. Вот почему присутствие этих веществ в чайном настое в значительной степени зависит от нас самих. Кроме того, содержание и состав эфирных масел и их растворимость в различных типах чая различны. Наибольшее количество эфирных масел в виде растворимых ароматических альдегидов содержится в красных чаях (оолонгах), наиболее ароматных из всех видов чая, отчего их нередко используют для примеси к некоторым сортам чёрного чая. Наоборот, в зелёных и жёлтых чаях ароматические альдегиды, входящие в состав эфирных масел, находятся в связанном состоянии и потому менее выходят в настой, не принимают деятельного участия в образовании аромата готового чая. Там аромат создается в основном за счёт иных химических веществ, в первую очередь танина.
Существенным компонентом чая являются и алкалоиды. Среди алкалоидов самым известным всегда был и остаётся кофеин или, как его ещё называют в составе чая, теин. Кофеин — один из главных виновников тяги людей к чаю как тонизирующему напитку. В чистом виде он представляет собой бесцветное, не имеющее запаха, но горькое на вкус вещество, содержащееся, впрочем, не только в чае, но и в кофе, какао, орехах кола, матэ и некоторых других тропических растениях.
Вопреки распространённому мнению, кофеина гораздо больше содержится именно в чае (от 1 до 4 %), чем в кофе, но чайный кофеин, или теин, действует мягче, чем чистый кофейный кофеин, по целому ряду причин: во-первых, потому, что для заварки берут обычно меньшее количество чая, чем кофе, и, следовательно, создают меньшую концентрацию кофеина, а во-вторых, кофеин выступает в чае не изолированно, а в комплексе с танином, образуя соединение таннат кофеина, который действует более опосредованно, более смягченно на сердечно-сосудистую и центральную нервную систему. Кофеин чая обладает ещё одним замечательным свойством: он не задерживается, не накапливается в организме человека, что исключает опасность отравления кофеином при самом частом употреблении чая.
Английский чаевод Ч.Р. Харлер подсчитал, что даже англичане, у которых норма потребления чая самая высокая в мире (5 кг в год и выше), «съедают» ежегодно в среднем по 132 г кофеина каждый, что не так уже много в расчёте на сутки. Но и эта цифра является лишь теоретической, ибо практически в чайный настой никогда не выходит весь кофеин, содержащийся в сухом чае, а максимум 35-80 % его, т.е. примерно 95-100 г в год, или менее чем 0, 3 г в сутки. А при нашем потреблении чая, составляющем всего 1/10 того, что приходится на англичанина, опасности злоупотребить кофеином абсолютно не существует: через чай мы получаем в сутки поистине микроскопическую дозу кофеина — 0, 01 г, в то время как стимулирующая суточная доза, допускаемая фармакологами, по меньшей мере в 30 раз больше!