Zeleni čaj ima vrlo bogat i složen kemijski sastav. Do sada je poznato preko oko 300 njegovih sastavnica ( broj hlapljivih spojeva iznosi oko 230).
Najznačajnije i najpoznatije sastavnice su:
- kofein kojeg sadrži 1 – 5% uz znatno manje količine ostalih ksantanskih alkaloida (teofilin, teobromin, dimetilksantin, ksantin, adenin i dr.).
- polifenoli čiji je udio vrlo značajan ( 5-27%); većina polifenola zelenog čaja su flavonoli, poznati pod nazivom katehini; neki od najvažnijih katehina zelenog čaja su: (-)-epigalokatehin-3-galat (EGCG),
(-)-epigalokatehin (EGC), (-)-epikatehin-3-galat (ECG), (-)-epikatehin (EC), (+)-galokatehin, i (+)-katehin. Lisni pupoljci i prvi, najmlađi listići sadrže najviše epigalokatehin galata. Sušeni listovi ga sadrže 8-12%.
Zbog procesa fermentacije katehini u crnom čaju prelaze dijelom u oligomerne kinonske spojeve i u vodi netopljive flavonoide kao što su kvercetin, kempferol i mirecetin. Zeleni čaj sadrži i B-vitamine i askorbinsku kiselinu, koje crni čaj uglavnom ne sadrži zbog fermentativnih procesa koji uzrokuju njihovu razgradnju. - eterično ulje je također dio bogatog sastava zelenog čaja koje i samo sadrži velik broj sastavnica (aldehide, feniletil alkohole , fenole, heksenal, heksenol, linalol, i dr)
- proteine (oko15%,)
- klorofil (0,5%,)
- organske kiseline (1,5%,)
- lignin (6,5%),
- aminokiseline među kojima je posebno zanimljiva teanin (4%)
Jedna šalica zelenog čaja obično sadrži oko 50-100 mg kofeina i 300-400 mg polifenola