茶叶中的化学成分是组成茶叶色、香、味的物质基础，多数能在冲泡过程中溶解于水，从而组成了茶汤的色泽、香气和滋味。
茶汤色泽是茶叶中有色物质综合反映的结果。茶叶的有色物质主要有叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、花青素、花黄素和茶多酚的氧化物等。其中有些并不溶于水，因而对茶汤色泽影响不大。平时，我们在喝绿茶时，用开水冲泡后，开始茶汤是绿中透黄，随着时间延长，茶汤颜色慢慢变成黄绿色，进而变成黄褐色，如果将茶汤再搁上1天～2天，茶汤颜色就变为红黄色了。人们往往认为这是叶绿素的关系，其实不然。从化学性质看，叶绿素并不溶于水，只是在幼嫩组织中有少量叶绿素渗入茶汤。绿茶茶汤色泽变深主要是茶多酚类物质、黄酮类及其糖甙物的氧化。喝完茶后，茶渣呈黄绿色，与鲜叶不同，这是由于茶叶中叶绿素在绿茶杀青时，遇到高温，破坏了酶的活性，叶绿素在水蒸气和高温酸性条件下，叶绿素分子化学结构中的金属镁离子脱去，变成脱镁叶绿素，并与蛋白质结合固定下来，呈黄绿色叶底颜色。
现已经从鲜叶、绿茶、红茶中检测出组成茶香的芳香物质共有三百余种。这些物质一般在茶叶冲泡过程中能够挥发出来，其速度与温度成正比，水温高时挥发得多而快，水温低时发挥得少而慢。乌龙茶以天然花香而得名，因此，在冲泡中除用沸水外，还需淋壶，目的是增加温度使茶香充分发挥出来。茶叶的香气是一种挥发性物质，随着茶汤逐步冷却，香气也自然消失。
茶汤滋味是人们的味觉器官对茶叶中可溶性物质的一种综合反映，分为涩味、苦涩味、苦味、鲜爽味、甜酸味、酸辛味等。当然也有主次和组合之分。
经科学研究证明，当茶汤中茶多酚含量过高时，茶汤的苦涩味加重，如果含量适中，就会感到甘醇爽口。一般春茶比夏茶好喝，就是因为春茶的茶多酚含量适中，而夏茶的茶多酚含量较高，因此茶味较为苦涩。在冲泡过程中，一杯香美可口的绿茶或红茶，经几次续水以后，茶味起了变化显露苦味，也是因为这些呈味物质含量多少的原因，其他成分溶解已尽，剩下的只有多酚类化合物，所以只显苦涩味了。
