咖啡因是咖啡所有成份中最為人注目的。它屬于植物黃質（動物肌肉成份）的一種，性質和可可內含的可可堿，綠茶內含的茶堿相同，烘焙后減少的百分比極微小，咖啡因的作用極為廣泛，會影響人體腦部、心臟、血管、胃腸、肌肉及腎臟等各部位，適量的咖啡因會刺激大腦皮層，促進感覺判斷、記憶、感情活動，讓心肌機能變得較活潑，血管擴張血液循環增強，并提高新陳代謝機能，咖啡因也可減輕肌肉疲勞，促進消化液分泌。除此由于它也會促進腎臟機能幫助體內將多余的鈉離子（阻礙水分子代謝的化學成份）排出體外，所以在利尿作用提高下，咖啡因不會像其他麻醉性、興奮性物（麻醉藥品、油漆溶劑、興奮劑之類）積在體內，約在二個小時左右，便會被排泄掉。咖啡風味中的最大特炙─苦味，就是咖啡因所造成的。