研究茶树各个器官化学成分的种类、性质、生物合成、转化途径与变化规律的一门学科。根据研究的内容，分成静态与动态两部分。研究组成茶叶（包括茶树的各个部位）的各种化合物的含量、存在部位与其物理性状、化学性质以及它们与茶叶品质关系的部分，属静态茶叶生物化学，也称茶叶化学。研究组成茶叶的各种化合物的生物合成、转化与分解、生态条件、栽制技术等与茶树的生命活动新陈代谢、以至组成成分所发生相应的变化，均属动态茶叶生物化学。从它研究的范围来说，又可分为：研究茶树栽培技术与茶叶生物化学过程的物质变化关系，称茶树栽培生物化学；专门研究各种茶叶制造过程中组成成分的化学变化，称茶叶制造生物化学。

茶叶生物化学学科的形成，是从茶叶品质成分的研究开始的，19世纪30～80年代，开始对个别化学成分进行了分析，20世纪30年代开始，对儿茶素的性质结构、氧化酶类、氧化机制、茶叶氨基酸等方面都做了比较深入的研究，20世纪50年代进入更为系统的研究，特别对茶叶品质成分的研究，包括静态与动态两个方面，都取得了较大的进展。

存在于茶叶中的化合物，包括组成茶叶香气的芳香物质，总共有五百种左右。茶叶生物化学的特殊性，在于茶叶含有与其他植物不同的特殊成分和含量，如多酚类物质、咖啡碱、茶氨酸与芳香化合物等各种成分，它们有的是在茶树物质代谢生命活动过程中形成的，有的是在茶叶加工过程中形成的。不同的加工技术措施，使茶叶中的有关成分转化形成了不同的新的化学成分，改变了原有茶叶的化学组成，产生了具有不同风格的茶类。

茶叶的化学成分，归纳起来可以分为茶多酚类物质、茶叶生物碱、茶叶氨基酸与蛋白质、茶叶芳香成分、茶叶色素、茶叶糖类、茶叶有机酸、维生素、茶叶酶类、水溶物、醚溶物、茶叶矿质元素以及其他特种化合物，如脂多糖、茶皂素。还有茶树其他器官中的化学成分，如茶籽成分等。

茶叶的各种化学成分，与茶叶品质都有一定的联系。对茶叶品质优劣起主导作用的物质，称为茶叶品质成分。

茶叶品质成分的含量与组成都影响茶叶品质，茶叶中多酚类物质是这些成分中重要的一类，特别是其中的儿茶素，在红茶加工过程中的氧化还原作用，促进茶叶内在各种成分的变化，导致红茶特征的形成。其他绿茶、乌龙茶等各种茶类品质及其特征的形成，也都与多酚类物质的含量与儿茶素的形成相联系。多酚类物质的含量及其形成，不仅因茶树品种不同而有差异，肥培管理，采摘标准与时间、气候条件、茶园自然环境以及叶龄等的不同，都会产生影响。所有这些变化因素，决定着茶鲜叶的品质，左右成茶的质量，特别对红茶香味的形成，影响更为显著。

茶叶生物碱的主要成分是嘌呤碱类，特别是咖啡碱，它对茶叶滋味的调整，起着重要的作用。对红茶品质，影响比较明显。日照与施肥的不同，对其含量能产生影响。嘌呤类中还有含量较少的茶叶碱、可可碱都具有与咖啡碱同样的生理功能。

茶叶中氨基酸的含量与茶叶品质关系较大，它对调整茶叶滋味，增加茶叶香味，具有重要作用，特别是在茶叶加工过程中，儿茶素的氧化还原与加工温度的变化，促使部分氨基酸的降解转化，产生的芳香物质，调整了成茶的香味，在不同的加温条件下，与葡萄糖脱水缩合，形成胺糖类物质，能促进茶叶香味的改善。减弱光照，增施氮肥，都能使茶叶氨基酸含量增加，但氨基酸含量的增长，能使茶多酚的含量下降，权衡整个茶叶品质成分的协调，为提高茶叶的品质，过多地施用氮肥是不利的。茶叶氨基酸中的茶氨酸是茶叶中含量最高的，这是茶树新陈代谢的特征，蛋白质是各种氨基酸组成的高分子化合物，它与茶叶品质具有高度相关性。

各种茶类，都有独特的反映茶类风格的香味。茶叶香气不是某一化合物的反映，是组成香气的芳香物质的综合反映，从红茶、绿茶、茶鲜芽叶中分离出来的芳香物质共有350余种。各种茶类存在的芳香物质的含量各异，组成不同，形成各种茶类特有的香味。茶树品种、自然条件、采摘老嫩及加工技术措施的不同，都能改变茶叶气味。

鲜叶中的芳香物质仅有50种左右，加工成绿茶和红茶后，所含种类成倍增加，它们都是在不同的加工过程中由其它化合物转化形成的。氨基酸对芳香物质的形成，具有重要作用，这是春季绿茶香气较好的主要原因。茶叶香气，早被人们所重视。20世纪初，已开始研究，最早在红茶中发现有水杨酸甲酯，β、γ-己烯醇，30年代进行了茶叶芳香物质的分离纯化与成分鉴定等研究，利用气相色谱，红外分光光度计及质谱仪等手段，明确了组成茶叶香气的许多种芳香物质。这些物质的极大部分，实际上是组成各种香气成分的“碎片”。

茶叶色素分两大类，即脂溶性色素与水溶性色素。叶绿素、叶黄素及胡萝卜色素等属脂溶性；黄酮类物质、茶黄素、茶红素等属水溶性。在茶叶加工过程中，色素的变化很大，有的是在加工时形成的，如红茶的茶黄素、茶红素及茶褐素等。不同茶类所含的茶叶色素是有差异的。

茶叶碳水化合物，包括葡萄糖、半乳糖、果糖以及核糖等单糖；蔗糖、麦芽糖、棉子糖等寡糖；果胶、淀粉、纤维素等多糖。游离单糖在茶叶加工中对香气的形成有密切关系。纤维素虽非水溶性物质，反映着茶叶的老嫩程度，与茶叶品质成分高度负相关。一切存在于茶叶中的苷类物质，都是配基与单糖类脱水缩合形成的化合物，不少苷类化合物具有一定的生理功能。

茶叶有机酸是指除氨基酸以外的在结构中含有羧酸的化合物。在茶叶中，游离的有机酸含量虽然不多，但在茶树生理过程中起到代谢中不可缺少的作用，也是茶叶香气的组成成分。成茶贮藏不当，游离有机酸含量增加，是茶叶产生陈味的主要原因之一。

茶叶维生素分水溶性与脂溶性两类。抗坏血酸（维生素C）、硫胺素（B₁）、核黄素（B₂）、泛酸（B₃）、烟碱酸（B₅）、肌醇叶酸（B₁₁）、类维生素P（儿茶素、黄酮类物质）均属水溶性维生素；维生素A、D、E及K均属脂溶性。它们在茶叶中的含量，因茶类而不同，绿茶中维生素C的含量较高，而红茶由于加工时的氧化作用，大部分被破坏。茶叶含有多种维生素，饮茶对人体维生素的需要量，有一定的补充作用。

茶叶中的酶类，有合成酶、水解酶、裂解酶、转移酶、氧化还原酶、异构酶等类。在茶树整个生命活动物质的变化过程中，起着重要的催化作用，因此称之为生物催化剂，它们的激化效能很高，且具有较强的专一性。缺少多酚氧化酶，就无法制成红茶。同一类酶，在不同的品种中的活性也不相同，同工酶的组成也有差异。加工不同茶类时，常常利用酶的活化或纯化作用，来达到所加工茶类物质的变化要求。

茶叶矿质元素对茶树的生长发育、茶叶产量与茶叶品质的关系十分重要，在组成茶叶的元素中，除碳、氢、氧、氮外，都归入矿质元素，茶叶矿质元素的测定，是以测定茶叶总灰分的方法来表示的。灰分中又以水溶灰分为衡量茶叶品质的根据，它占总灰分的50～60%。水溶性灰分含量较高的茶叶，茶叶品质也较好。

茶叶中的化合物，数量很多，种类复杂，性质各异，有的对茶叶品质优劣具有直接的影响，有的起到重要的间接作用；有的对人体生理具有特殊的药理功能；有的可以作医学与工业的原料。茶叶脂多糖，是抗辐射病及白细胞下降有一定防治作用的成分。茶皂素有叶皂素与茶籽皂素两种，都是天然表面活性剂，具有广泛的医药及工业用途，绿原酸、脂肪酸等在茶叶中的含量，都与茶叶品质有密切关系。

茶叶中的各种成分的形成与变化，都是茶叶生物化学的研究范畴，因此，茶树品种、茶树栽培、茶叶加工、茶树病虫害、茶叶综合利用与茶园耕作机具等方面的科学研究和生产问题，都涉及到与茶叶有关的生化问题。各种成分的合成与转化，都是新陈代谢的动态平衡过程。这种平衡过程，使生物体内物质的含量变化受到相互制约的作用。茶树品种对红绿茶适制性的确定，是根据该品种茶叶所含茶多酚与氨基酸以及多酚氧化酶等物质的协调来体现的。如适制红茶的品种，其鲜叶中应有较多量的茶多酚，适量的氨基酸与活性较强的多酚氧化酶，而适制绿茶的品种，其鲜叶中应有较多量的氨基酸，适量的茶多酚等等。

由于茶叶成分的变化，不仅受到品种的遗传性能影响，也受外界环境因素的影响，因此人为地控制茶园环境，如灌溉、遮荫技术措施等，能提高茶叶产量，改善茶叶品质。