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據(jù)科學(xué)家的不斷研究分析，發(fā)現(xiàn)茶葉中的化學(xué)成分是組成茶葉色、香、味的物質(zhì)基礎(chǔ)，多數(shù)能在沖泡過程中溶解于水，從而組成了茶湯的色澤、香氣和滋味。
1．茶湯色澤的變化
茶湯色澤是茶葉中有色物質(zhì)綜合反映的結(jié)果。茶葉的有色物質(zhì)主要有葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素、花青素、花黃素和茶多酚的氧化物等。其中有些并不溶于水，因而對茶湯色澤影響不大。平時，我們在喝綠茶時，用開水沖泡后，開始茶湯是綠中透黃，隨著時間延長，茶湯顏色慢慢變成黃綠色，進(jìn)而變成黃褐色，如果將茶湯再擱上1天～2天，茶湯顏色就變?yōu)榧t黃色了。人們往往認(rèn)為這是葉綠素的關(guān)系，其實不然。從化學(xué)性質(zhì)看，葉綠素并不溶于水，只是在幼嫩組織中有少量葉綠素滲入茶湯。綠茶茶湯色澤變深主要是茶多酚類物質(zhì)、黃酮類及其糖甙物的氧化。喝完茶后，茶渣呈黃綠色，與鮮葉不同，這是由于茶葉中葉綠素在綠茶殺青時，遇到高溫，破壞了酶的活性，葉綠素在水蒸氣和高溫酸性條件下，葉綠素分子化學(xué)結(jié)構(gòu)中的金屬鎂離子脫去，變成脫鎂葉綠素，并與蛋白質(zhì)結(jié)合固定下來，呈黃綠色葉底顏色。紅茶色澤的變化，要比綠茶復(fù)雜得多。據(jù)研究證明，紅茶色澤主要是在紅茶加工過程中，茶葉中的茶多酚類物質(zhì)，在酶的參與下（稱酶性氧化），經(jīng)氧化產(chǎn)生了有色物質(zhì)，這些有色物質(zhì)稱為茶黃素（tf）、茶紅素（tr）。茶黃素對紅茶茶湯明亮度有主要影響；而茶紅素是茶湯紅艷度的主要物質(zhì)。這兩種有色物質(zhì)的含量、比例大小對紅茶湯色產(chǎn)生明顯的影響。一些低檔紅茶或陳紅茶在沖泡以后，茶湯特別深紅，這是因為茶黃素、茶紅素的繼續(xù)氧化，形成茶褐素。紅茶加工過程中發(fā)酵過度，茶黃素、茶紅素氧化減少，茶褐素形成量多，會使茶湯發(fā)暗，顏色加深。一些高檔紅茶，如印度、斯里蘭卡紅茶和我國云南、海南、廣東生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)紅茶，沖泡后的茶湯在杯邊會出現(xiàn)金黃色的“金邊”，這也與茶黃素含量高有關(guān)。另外，高級紅茶茶湯冷后會出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象（呈黃醬色），似加入了少量的牛奶狀。這種現(xiàn)象稱為“冷后渾”，其原因是紅茶色素（茶黃素、茶紅素）和茶湯中的咖啡堿相互作用后發(fā)生的，在溫度較低的情況下，會變成不溶物質(zhì)，呈渾濁現(xiàn)象，如果將茶加溫，這種物質(zhì)又開始溶解，茶湯又轉(zhuǎn)為紅艷明亮的湯色。
烏龍茶屬于半發(fā)酵茶，在輕度發(fā)酵過程中茶多酚氧化損失少，茶黃素、茶紅素含量低。因此，沖泡后的茶湯呈黃紅色。但隨著時間的延長，這種湯色也由于茶多酚、茶黃素和茶紅素的進(jìn)一步氧化而加深色澤。
黑茶類品種很多，但都是用粗老的鮮葉為原料，經(jīng)發(fā)酵后制成的。初泡時，茶湯為棕紅色。這種色澤的形成是由于葉綠素被破壞后，原有黃色物質(zhì)、葉黃素、花黃素、胡蘿卜素等顯露以及茶多酚的氧化結(jié)果所致。茶湯的色澤反映主要是由于茶多酚在黑茶制造過程中的長時間渥堆而大量氧化，使之茶湯色澤棕紅，像醬油湯一樣，這也是黑茶類一大特色。
黃茶類顧名思義，以黃為特色，要求干茶外形微黃色，茶湯色澤黃色，葉底黃色。這種特征對綠茶來說是品質(zhì)上的缺點，而對黃茶而言，則要創(chuàng)造條件，促進(jìn)變黃。形成黃茶的主導(dǎo)因素，是一種熱化作用，工藝技術(shù)是悶黃技術(shù)，在這種熱化作用下，引起了品質(zhì)成分的一系列變化。茶多酚的自動氧化，糖類物質(zhì)、蛋白質(zhì)等水解，葉綠素在悶黃時大量破壞、分解，葉黃素顯露，所以反映茶湯黃色更為突出。
白茶在制造工藝上屬輕度發(fā)酵，茶多酚在未經(jīng)氧化的條件下屬無色，而稍有氧化就變成黃白色，其他有色物質(zhì)特別是葉綠素、胡蘿卜素被破壞而分解，因此白茶的湯色黃白而明亮。
花茶在窨制過程中，由于鮮花含水分較高，素坯受潮后，茶多酚輕度氧化，因此花茶的湯色黃綠而明亮。
2．茶湯香氣的變化
經(jīng)科學(xué)家的長期研究，現(xiàn)在已經(jīng)從鮮葉、綠茶、紅茶中檢測出組成茶香的芳香物質(zhì)共有三百余種。這些物質(zhì)一般在茶葉沖泡過程中能夠揮發(fā)出來，其速度與溫度成正比，水溫高時揮發(fā)得多而快，水溫低時發(fā)揮得少而慢。烏龍茶以天然花香而得名，因此，在沖泡中除用沸水外，還需淋壺，目的是增加溫度使茶香充分發(fā)揮出來。茶葉的香氣是一種揮發(fā)性物質(zhì)，隨著茶湯逐步冷卻，香氣也自然消失。
3．茶湯滋味的變化
茶湯滋味是人們的味覺器官對茶葉中可溶性物質(zhì)的一種綜合反映，分為澀味、苦澀味、苦味、鮮爽味、甜酸味、酸辛味等。當(dāng)然也有主次和組合之分。
經(jīng)科學(xué)研究證明，當(dāng)茶湯中茶多酚含量過高時，茶湯的苦澀味加重，如果含量適中，就會感到甘醇爽口。一般春茶比夏茶好喝，就是因為春茶的茶多酚含量適中，而夏茶的茶多酚含量較高，因此茶味較為苦澀。大多數(shù)的氨基酸具有鮮爽的性質(zhì)，因此茶葉中的氨基酸含量多少直接影響著茶湯的鮮爽度。一般春茶氨基酸含量是全年最高的季節(jié)，所以春茶的品質(zhì)也最好，也是茶味最好的茶葉。綠茶滋味之所以鮮爽高醇，主要是因為其氨基酸的含量高和茶多酚的比例適當(dāng)。春茶氨基酸含量最高，茶多酚含量低，所以茶味高醇。夏茶氨基酸含量低，而茶多酚含量最高，所以茶味苦澀。因此造成了“春茶鮮，夏茶苦”。
組成茶湯滋味的化學(xué)物質(zhì)，有主味物質(zhì)，也有助味物質(zhì)。茶葉中的茶多酚、氨基酸是茶湯的“主味團(tuán)”。而它們的“助味團(tuán)”有多種，其中茶葉中的咖啡堿、花青素、茶皂素等為苦味物質(zhì)；糖類、果膠和部分氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）為甜味物質(zhì)；多種有機酸和維生素c等為酸味物質(zhì)；各種無機鹽類為主要咸味物質(zhì)。另外茶多酚的氧化物、茶黃素、茶紅素也有一定的鮮爽味。當(dāng)然以上這些化學(xué)物質(zhì)，應(yīng)是一個組合關(guān)系，配合比率關(guān)系，只有組合、配比適當(dāng)才能顯出茶味的特色，這就是茶湯滋味的復(fù)雜性。
一般茶湯呈味成分的含量也要達(dá)到一定的量值，才能對人的呈味器官起味覺作用。這個量值稱為“味閾值”，如花青素在茶湯中含量超過味閾值時，茶湯就有苦味。據(jù)測定，在150毫升的茶湯中含有15毫克的花青素，茶湯就會產(chǎn)生明顯的苦味。一般夏、秋茶花青素含量最高，所以帶有苦味。茶葉中雖有咸味物質(zhì)（無機鹽類）存在，但未達(dá)到咸味的味閾值，所以顯示不出來，茶葉中的這種咸味物質(zhì)只能起助味的配料作用。由此可見，呈味成分的量是決定茶湯滋味的重要因素，同時各種呈味物質(zhì)的協(xié)調(diào)配比也有一定的關(guān)系。茶湯滋味一般是澀味感覺比較明顯，其原因首先是茶葉中茶多酚的含量占各種化學(xué)成分總量的15％～20％，因此成了滋味的主導(dǎo)物質(zhì)。其次是氨基酸與咖啡堿的含量，一般也在2％～4％之間，也是主導(dǎo)物質(zhì)。加上其他各種呈味物質(zhì)的配比，就出現(xiàn)了茶湯的濃強、清鮮、醇和、爽口等各種滋味。
在沖泡過程中，一杯香美可口的綠茶或紅茶，經(jīng)幾次續(xù)水以后，茶味起了變化顯露苦味，也是因為這些呈味物質(zhì)含量多少的原因，其他成分溶解已盡，剩下的只有多酚類化合物，所以只顯苦澀味了。