アミノ酸はお茶の旨みに寄与する成分で、お茶に含まれるアミノ酸の半分以上がテアニンです。茶葉に含まれるアミノ酸は、他にもグルタミン酸、アスパラギン酸、アルギニン、セリンなどがあり、お茶の旨みにはこれらのアミノ酸に加えて、有機酸やポリフェノールなど複数の成分が総合的に寄与していると考えられます。

テアニンはお茶に特有のアミノ酸であり、近縁種のツバキやサザンカには含まれていません。
二番茶よりも一番茶、一番茶でも初期の若い芽に多く含まれ、成熟した芽では極端に減ります。
また、玉露のように被覆して（日光を当てない）栽培すると、アミノ酸からカテキンへの生成が抑えられるため、茶葉中にテアニンを豊富に含んだままの状態となります。このため、新茶や玉露は旨みの多い味わいに、番茶はあっさりした味わいになります。

お茶の浸出液のカフェイン濃度は約0.01～0.02％で、お茶を1杯飲むと15～30mgのカフェインを摂ることになります。この量のカフェインですと、かなり強い興奮作用を示すはずなのですが、実際には穏やかな興奮作用でとどまります。これは、テアニンにカフェイン興奮抑制作用があるためで、劇的な作用を適度な作用に変えるあたりは、お茶がもつ天然・自然の妙といえるでしょう。
テアニンが脳の神経細胞を保護する働きをもつことは、細胞実験を行った結果、明らかになりました。また、テアニンを飲んだ場合の人間の脳波を測定すると、リラックスしている状態のときに多く出現するα波が上昇することも判明しています（伊藤園の中央研究所の調査による）。

緑茶には、カフェインの作用（脂肪をエネルギー源にする）によって、運動能力（持久力）の向上に効果があると考えられています。一方、運動時には老廃物であるアンモニアが高まることから、アンモニアの代謝を促進するアルギニン、さらにはリラックス作用のあるテアニンを組み合わせることによって、効率的に疲労を軽減すると推測されています。
これらの成分の組み合わせを検討した結果、カフェイン：テアニン：アルギニンの比率は、1：2：2が好ましいという結論が導き出されました（伊藤園の中央研究所の調査による）。
さらに、人間に室内ランニング装置を用いて運動負荷（トレッドミル走）をかけたときの被験者の疲労度をスコア化した結果、カフェイン・テアニン・アルギニンを含んだ飲料を摂取した場合、運動開始時からの疲労度の低下効果が認められました。 テアニン同様、高級茶にはアルギニンが多く含まれていますが、お茶成分の組み合わせによる効果は非常に興味深い分野で、さらなる研究が続けられています。