องค์ประกอบทางเคมีในยอดใบชาสดจะประกอบด้วยความชื้นประมาณ 75-80 % ส่วนที่เหลือเป็นของแข็งทั้งหมด องค์ประกอบทางเคมีในส่วนที่เป็นของแข็งทั้งหมดแสดงดังตาราง ซึ่งองค์ประกอบเหล่านี้จะส่งผลต่อคุณภาพของชา

องค์ประกอบทางเคมีของยอดใบชา (%น้ำหนักแห้ง)

Polyphenols (โพลิฟีนอล)
ในยอดใบชาจะมีปริมาณโพลิฟีนอล (polyphenols) ทั้งหมดประมาณ 10-35% (dry weight) โดยสารประกอบโพลิฟีนอลนี้ส่วนใหญ่เป็นสารในกลุ่มฟลาโวนอยด์ (Flavonoids) ฟลาโวนอยด์เป็น secondary metabolite ที่แบ่งได้ 6 กลุ่มคือ Flavones, flavanones, isoflavones, flavonols, flavanols และ anthocyanins โครงสร้างพื้นฐานของฟลาโวนอยด์ประกอบด้วยวงแหวน A, B และ C ดังรูป  2-3กลุ่มของฟลาโวนอยด์ที่พบมากที่สุดในชาคือ Flavanols  ซึ่งเรียกว่า Catechins (คาเทชิน)      

โครงสร้างพื้นฐานของฟาโวนอยด์
คาเทชิน (Catechins) เป็นชื่อเรียก Flavanols ในชา ซึ่งมีประมาณ 60-70% ของโพลิฟีนอลทั้งหมด กลุ่มของ Catechins ที่พบมากในชา ได้แก่ (-)-Epigallocatechin-3-gallate (EGCG), (-)-Epigallocatechin (EGC), (-)-Epicatechin-3-gallate (ECG) และ (-)-Epicatechin (EC)   

โดย Catechins เหล่านี้มีอยู่ประมาณ 90% ของคาเทชินทั้งหมด กลุ่มของ Catechins ที่พบในปริมาณน้อยลงมาได้แก่ (-)-Gallocatechin (GC), (+)-Catechin (C), (-)-Gallocatechin gallate (GCG) และ  (-)-Catechin gallate (CG)  คาเทชินเป็นสารไม่มีสี ละลายน้ำได้ ให้รสขม และฝาด   

โครงสร้างของคาเทชินที่พบในใบชา
ในการผลิตชาอู่หลงและชาดำ  เอนไซม์ polyphenol oxidase (PPO) จะเร่งปฏิกิริยา oxidation และ polymerization ของ catechins ให้เปลี่ยนเป็นสารโพลิฟีนอลที่ใหญ่ขึ้น โดยเป็นกลุ่มของ  Theaflavins และ Thearubigins ซึ่งจะส่งผลต่อ สี รสชาติ และกลิ่นของชา ปฏิกิริยานี้เริ่มจากเอนไซม์ PPO เร่งการเกิดออกซิเดชันของ monomeric catechins จำพวก(-)-Epigallocatechin-3-gallate (EGCG), (-)-Epigallocatechin (EGC), (-)-Epicatechin-3-gallate (ECG) และ (-)-Epicatechin (EC) ได้เป็นสารประกอบ orthobenzoquinones

จากนั้นจะเกิด polymerizations ได้เป็น dimeric catechins ในกลุ่ม Theaflavins  และ Theasinensins  และเกิดปฏิกิริยารวมตัวกับองค์ประกอบอื่นๆ  ได้เป็นสาร Thearubigins ที่มีโมเลกุลใหญ่   กลุ่มของโพลิฟีนอลในชาหมักที่พบมากคือ Theaflavins และ Thearubigins 

โดยชาที่ผ่านการหมักอย่างสมบูรณ์ จะพบ Thearubigins มาก  ปัจจุบันพบว่า Theaflavins ที่พบในชามี 4 ชนิด  ส่วน Thearubigins เป็นสารที่มีโครงสร้างซับซ้อน ยังไม่สามารถ identify ได้