Белковые вещества вместе со свободными аминокислотами составляют от 16 до 25% чая. Белки — важнейшая составная часть чайного листа. Белками являются все ферменты. Кроме того, белки служат источником тех аминокислот, которые появляются в процессе переработки чайного листа в готовый чай. По содержанию белков и их качеству, а следовательно, по питательности чайный лист не уступает бобовым культурам. Особенно богаты белками зелёные чаи (среди них более всего японские).

Органические кислоты (около 1%) образуют другую группу растворимых органических соединений в чае. В их состав входят щавелевая, лимонная, яблочная, янтарная, пировиноградная, фумаровая и ещё две-три кислоты. В составе чая они ещё слабо исследованы, но ясно, что в целом они повышают пищевую и диетическую ценность чая.

Углеводы в чае содержатся разнообразные — от простых Сахаров до сложных полисахаридов. Чем выше в чае процент содержания углеводов, тем ниже его сорт. Поэтому они являются своего рода бхтластом. К счастью, большинство из них нерастворимо. Причём нерастворимы как раз ненужные человеку полисахариды — крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза, составляющие от 10 до 12% чая. Зато полезные углеводы — сахароза, глюкоза, фруктоза, мальтоза (их в чае от 1 до 4%) — растворимы.

Пигменты, входящие в состав чая, играют также немаловажную роль. Способность чайного настоя принимать разную окраску, давая всевозможные оттенки от светло-зелёного до тёмно-оливкового и от желтоватого и розоватого до красно-коричневого и тёмно-бурого, давно была замечена людьми и связывалась с наличием в чае различных красителей.

Тщательные исследования последних лет показали, что цветность настоя связана главным образом с двумя группами красящих веществ — теарубигинами и теафлавинами. Первые, дающие красновато-коричневые тона, составляют 10% сухого чая, вторые, дающие золотисто-желтую гамму. — лишь 2%.

Пектиновые вещества — это коллоидные вещества со сложным составом. Содержание их в чае колеблется от 2 до 3%. В присутствии Сахаров и кислот они могут образовывать студенистые массы — желе. Пектины имеют немаловажное значение для сохранения качества чая: с ними связано такое физическое свойство чая, как его гигроскопичность. При недостатке в чае пектиновой кислоты его гигроскопичность резко повышается, а следовательно, чай портится быстрее. Дело в том, что пектиновая кислота покрывает каждую чаинку тонкой, слабопроницаемой для влаги желатиновой плёнкой и таким образом играет для чая роль своеобразного плаща.

В чае присутствуют почти все витамины. В нём имеется провитамин витамина А — каротин, важный для зрения, а также обширная группа витамина В. Имеется в нём и витамин С. В свежесорванном чайном листе его в 4 раза больше, чем в соке лимона и апельсина. Но основной витамин чая — это витамин Р. Витамин Р (или С2) в комплексе с витамином С резко усиливает эффективность аскорбиновой кислоты, способствует её накоплению и задержанию в организме.