La caféine inhibe et retarde la croissance des plantes si elle est fournie en concentrations suffisamment élevées. Le médicament interfère avec la capacité de la plante à réguler ses niveaux de calcium cellulaire.
Bien que la caféine agisse comme un stimulant lorsqu'elle est consommée par l'homme, elle ne provoque pas la même réaction chez les plantes. Chez l'homme, la caféine interagit avec les récepteurs de l'adénosine du cerveau, augmentant la vigilance. Les plantes n'ont pas le système nerveux qui permet une telle réponse et subissent à la place l'autre effet secondaire de la caféine : l'interférence avec la régulation du calcium.
Comme les humains, les plantes ont besoin de calcium. La caféine peut amener une plante à libérer son calcium cellulaire, inhibant ou ralentissant ses fonctions cellulaires nécessitant le nutriment. Des expériences ont montré que certaines plantes sont capables de supporter une petite quantité de caféine, mais à des concentrations suffisamment importantes, leurs graines peuvent être rabougries ou ne pas germer du tout.
Bien que la caféine elle-même puisse être toxique pour les plantes, l'ajout de marc de café au sol d'un jardin n'est pas nécessairement préjudiciable et il a été démontré qu'il avait des effets positifs pour certaines plantes. Les sols sont un excellent ajout aux jardins ou au compost à la maison car ils ajoutent des nutriments tels que l'azote et le phosphore au sol. Ils améliorent également le drainage, aident à éloigner les parasites naturels du jardin et offrent aux jardiniers soucieux de l'environnement un moyen de recycler leur marc de café.