Les effets secondaires de la consommation de thé décaféiné comprennent des maux de tête, des étourdissements, des démangeaisons et une sensation de faiblesse. Le thé décaféiné subit un processus de traitement chimique pendant la production qui élimine la caféine de la boisson. Certains traitements chimiques, tels que le dioxyde de carbone et l'acétate d'éthyle, modifient la saveur du thé, tandis que le processus de traitement au chlorure de méthylène peut produire des effets indésirables sur la santé.
Quel que soit le traitement, la plupart des produits chimiques contenus dans le thé décaféiné sont présents en petites quantités, posant peu de risques pour la santé. Cependant, certaines personnes développent une sensibilité au chlorure de méthylène chimique. Seule une exposition élevée et répétée produit des symptômes, affectant principalement la tête et le haut du corps. Bien que n'affectant pas la santé, les traitements au dioxyde de carbone et à l'acétate d'éthyle affaiblissent les thés et altèrent leurs saveurs.