咖啡因是咖啡所有成份中最为人注目的。它属于植物黄质（动物肌肉成份）的一种，性质和可可内含的可可碱，绿茶内含的茶碱相同，烘焙后减少的百分比极微小，咖啡因的作用极为广泛，会影响人体脑部、心脏、血管、胃肠、肌肉及肾脏等各部位，适量的咖啡因会刺激大脑皮层，促进感觉判断、记忆、感情活动，让心肌机能变得较活泼，血管扩张血液循环增强，并提高新陈代谢机能，咖啡因也可减轻肌肉疲劳，促进消化液分泌。除此由于它也会促进肾脏机能帮助体内将多余的钠离子（阻碍水分子代谢的化学成份）排出体外，所以在利尿作用提高下，咖啡因不会像其他麻醉性、兴奋性物（麻醉药品、油漆溶剂、兴奋剂之类）积在体内，约在二个小时左右，便会被排泄掉。咖啡风味中的最大特炙─苦味，就是咖啡因所造成的。