Il existe trois Xanthines dans le thé, la caféine, la théophylline et la théobromine. Il s'agit de substances organiques que l'on retrouve dans tous les types de thés, quelle qu'en soit la couleur.

La théine
C'est le Xanthine principal du thé, il représente 2% à 3% de la feuille sèche. le bourgeon et la première feuille en contiennent deux fois et c’est cette partie qui est récoltée dans les cueillettes de notre jardin de thés du Guangxi. Certains thés sont donc riches en théine : thés primeurs, cueillettes abondantes en bourgeons ; d'autres en sont quasiment dépourvus : thés fumés, Wu Long. La théine est un puissant stimulant du système nerveux. Elle se diffuse lentement dans l'organisme. Elle permet, à ce titre, de rester éveillé et concentré sans être excité à la différence de la caféine. Elle fait du thé une boisson idéale de l'activité aussi bien intellectuelle que physique. Si cette action stimulante peut provoquer chez les personnes sensibles une légère tendance à l'insomnie, il est, en revanche, très facile de « déthéiner » soi-même son thé sans en altérer la saveur : la théine étant un composant qui se libère dans les premières secondes de l'infusion, il suffit de rincer les feuilles avec une première eau frémissante que l'on jette au bout d'une dizaine de secondes.

La théophylline
Elle est présente en quantité beaucoup moins importante que la théine. Son action est essentiellement vasodilatatrice, c'est-à-dire qu'elle dilate veines et artères coronaires, dont elle améliore le débit. Ceci explique en partie pourquoi le thé, qu'il soit brûlant ou glacé, est une boisson rafraîchissante : la vasodilatation est un des phénomènes qui contribuent à la thermorégulation de la température du corps. La théophylline est également un stimulant respiratoire, utilisé dans certains médicaments contre l'asthme. Mais le thé, en aucun cas, ne peut être considéré comme un remède à ce type de maladie.

La théobromine
En quantité moindre que les précédents, ce xanthique a une action puissamment diurétique. En activant la circulation rénale, il favorise l'élimination par les voies urinaires.