茶树生长发育和代谢必需的微量有机物质之一，有的是酶和辅酶或辅基，有的起传递电子或递氢的作用。茶叶中含有多种维生素。有脂溶性的维生素A、E、K，水溶性的维生素B族及维生素C、P等。饮茶可补充食物中缺乏的维生素，这也是以肉食为主的地区需要饮茶的原因。

维生素A，又称抗干眼醇，分A₁和A₂，是β－紫罗兰酮衍生物。茶叶中存在维生素A作用的成分，是1925年由对鼠的营养试验发现的。虽然茶叶中至今还没有发现游离的维生素A，但在叶绿体中存在的胡萝卜素，可转化成维生素A₁。茶鲜叶中一例分析胡萝卜素含量为17～18毫克/100克，绿茶16毫克/100克，红茶7～9毫克/100克，乌龙茶8毫克/100克。茶叶中的隐黄素、玉米黄素、黄体素、隐黄体素等类胡萝卜素也具有维生素A原的作用。

维生素B族茶叶中已发现有：

维生素B₁，又称硫胺素、抗神经炎维生素。茶叶中含量为0.10～0.65毫克/100克，因不同茶类而异。成熟叶含量略高于嫩芽，老叶较低。春夏茶较高，秋茶较低。

维生素B₂，又名核黄素。茶叶中含量为0.50～1.70毫克/100克，因不同茶类而异，茶叶嫩度和季节的影响不大。

泛酸，又称维生素B₃，茶叶中含量为0.94～2.11毫克/100克，因不同茶类而异。

维生素PP（B₅），又称抗癞皮病维生素。成分是尼克酸（烟碱酸）或尼克酰胺（烟酰胺）。茶叶中含量为3.77～5.94毫克/100克，因不同茶类而异。嫩叶含量高于老叶。

维生素B₆，又称吡哆素抗皮肤炎维生素。茶叶中已发现有维生素B₆，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆。

叶酸，又名维生素B₁₁（B_C），抗贫血维生素。茶叶中含量为0.05～0.07毫克/100克，茶类间差异不大。

生物素，又称维生素H、抗皮脂溢出维生素。茶叶中含量为0.05毫克/100克左右，不同茶类间差异较小。

肌醇，又名环己六醇，有多个同分异构体，具维生素作用主要是m-肌醇。茶叶中含量为700～1200毫克/100克。以游离态或与磷酸、葡萄糖等结合存在。嫩叶至成熟叶含量几乎不变，但随叶片老化游离态显著增加。

维生素C，又名抗坏血酸。茶叶90%为还原型。茶树各器官均有分布，但主要存在于生命活动旺盛的新梢芽叶中。老组织及木质部很少。夏茶比春茶少，秋茶后渐增，冬茶最高。遮阴及阴雨天含量降低。绿茶中含量达280毫克/100克左右，鲜叶中更高。红茶中含氧化型维生素C30～50毫克/100克，其生理功能仅为还原型的一半。

维生素P，又名柠檬素、血管渗透维生素。是一系列能增强微血管壁的物质总称。茶多酚类具有维生素P作用。维生素P中生理或药理最强的是芸香苷。它在春茶中含量据一例分析为340毫克/100克，夏秋茶中415毫克/100克。茶叶中的某些儿茶素类和黄酮类，具有维生素P活性，含量也较高。

其他维生素，茶叶中已发现有：

维生素E，又名生育酚、抗不育维生素，属酚类化合物。有α、β、γ、δ－生育酚四种。其中以α－生育酚效率最大。红茶中已发现含有具维生素E作用的α－生育酚。

维生素K，又称凝血维生素，分K₁和K₂，是萘醌的衍生物。K₁存在于茶树的绿色部分，1克茶叶中含维生素K300～500国际单位。