Parce que le thé est un mélange de différents composés, plutôt qu'un composé pur lui-même, la décomposition chimique complète du thé n'est pas prévisible. Il n'y a pas de formule chimique unique pour décrire tous les thés. Au lieu de cela, il y a des milliers de molécules différentes dans une seule goutte de thé infusé, ce qui rend tous les thés différents.
L'un des produits chimiques les plus facilement reconnaissables et les plus recherchés dans le thé est la caféine. Il existe naturellement dans la plupart des feuilles de thé à diverses concentrations. Parce que le thé est fabriqué en dépouillant les feuilles des plantes de leurs composés biochimiques, le thé lui-même contient de nombreux types différents de vitamines, minéraux, protéines, sucres, graisses et même acides nucléiques.