茶的保健功能来自于茶中所含的化学成分茶多酚。黄酮属多酚类，绿茶含有多种黄酮（通常被称作儿茶精），红茶由于发酵而产生另一种被称作茶黄素和茶玉红精的多酚类化合物。此外，绿茶和红茶都含有槲皮素及葡萄糖甙芦丁。

茶多酚有很强的抗氧化作用，能消除自由基。自由基能在身体各个系统产生，包括神经系统、心血管系统、免疫系统，从而影响到各个器官的正常生理功能，导致衰老。茶多酚的抗氧化作用（通过结合金属离子和捕获自由基）与其所含的羟基数量有关，绿茶由于多羟基多酚类成分含量较高，其抗氧化作用是红茶的5倍以上。已有实验证明，去咖啡因红茶和绿茶的提取物在体外和体内都能明显消除自由基的形成，防止脂质与血浆的氧化。

茶的抗氧化作用对心血管疾病的预防也有积极意义，它可有效地防止低密度脂蛋白的过氧化，从而避免动脉硬化和硬化物积淀。

茶可能的抗癌作用是医学界关注的焦点。1989年国际癌症研究组织在一份报告中指出：没有充分的证据证明茶可以预防动物和人类的癌症。至今，流行病学研究也无