Kofein v čaji se někdy nazývá thein. Rozdíl mezi kofeinem v kávě a theinem je, že se rozdílně vstřebávají. Kofein se v kávě vyskytuje ve volné formě, takže dokáže rychle povzbudit a poté jeho účinek vyprchá. Thein je v čaji ve vázané formě, takže účinkuje méně nárazově a jeho účinek trvá déle. Nedávný výzkum dokazuje, že pokud thein pracuje spolu s dalšími přírodními složkami v čaji, posiluje produkci alfa vln v mozku, které pomáhají vytvářet stav vysoké relaxace a bdělosti – stejný, jakého lze dosáhnout pomocí meditace. Černý čaj také zlepšuje náladu a působí protistresově, zvyšuje schopnost vstřebávat a zpracovávat informace. Pokud ho tedy konzumujeme v pravidelných intervalech, může nám pomoci překonat každodenní výkyvy ve výkonnosti.
Vědci z Harvardské univerzity navíc odhalili, že thein pomáhá tělu bojovat proti infekcím, bakteriím, virům a plísním. Vědci dále zjistili, že pokud vypijeme více než pět šálků čaje denně po dobu dvou až čtyř týdnů, imunitní systém začne produkovat dva až čtyřikrát více interferonu, což je bílkovina, která pomáhá posilovat nebo vylepšovat imunitní ochranu.
Čaj obsahuje o třetinu až polovinu méně kofeinu než káva. Torontská univerzita hovoří o tom, že jeden šálek obsahuje zhruba 34 mg kofeinu. Maximální doporučená dávka kofeinu je 400 mg pro dospělého člověka, což odpovídá 10 – 12 šálkům čaje denně.