咖啡因開始能使中樞神經系統(tǒng)興奮，因此能夠增加警覺度，使人警醒，有快速而清晰的思維，增加注意力和保持較好的身體狀態(tài)。最后進入脊髓并保持一個較高的劑量。在體內，關于咖啡因的化學反應十分復雜，大致的幾種機理如下：

代謝

咖啡因在肝臟中被分解產生三個初級代謝產物副黃嘌呤（84%），可可堿（12%），and茶堿（4%）咖啡因在攝取后45分鐘內被胃和小腸完全吸收。吸收后它會分布于身體的所有器官之中，轉化過程符合化學動力學一級反應。

咖啡因在攝取后45分鐘內被胃和小腸完全吸收。吸收后它會分布于身體的所有器官之中，轉化過程符合化學動力學一級反應。

咖啡因的半衰期，即身體轉化所攝取咖啡因的一半所用的時間，在不同個體之間差異極大，主要和年齡，肝功能，懷孕與否，同時攝入的其他藥物以及肝臟中與咖啡因代謝有關的酶的數(shù)量等有關。一個健康成人的咖啡因的半衰期大約是3-4個小時，在口服避孕藥物的女性體內則延長至5-10個小時,，在已懷孕的女性體內則大概為9-11個小時。當某些個體患有嚴重的肝臟疾病時，咖啡因會累積，半衰期延長至96個小時。嬰兒或兒童的咖啡因的半衰期可能大于成年人，在一個新生嬰兒的體內可能會長至30個小時。某些其它因素也會縮短咖啡因的半衰期，比如吸煙。

咖啡因的代謝在肝臟中發(fā)生，由細胞色素氧化酶P450（特別是1A2同工酶）酶系統(tǒng)氧化，形成三種不同的二甲基黃嘌呤，這三種二甲基黃嘌呤對身體有不同的作用。

副黃嘌呤（1,7-二甲基黃嘌呤，84%）-能夠加速脂解，導致血漿中的甘油及自由脂肪酸的含量增加?？煽蓧A（12%）-能夠擴張血管，增加尿量。可可堿也是可可豆中主要的生物堿，也存在于巧克力中。茶堿（4%）-舒緩支氣管平滑肌，被用作治療哮喘。治療所用的劑量遠遠大于由咖啡因代謝所產生的劑量。這些化合物進一步代謝，最終通過尿液排泄出體外。