Листя чаю китайського містять білки, дубильні речовини – до 35%, з яких 26% розчинні і 9% нерозчинні, а також вуглеводи, смоли, ферменти, вітаміни C (до 234 мг / 100 г), B, K, P, ефірну олію, різні алкалоїди (кофеїн, теофілін, теобромін, аденін, ксантин, гіпоксантин, параксантин, метилксантин, ізатин), нікотинову і пантотенову кислоти, неклеопротеїди, що містять залізо і марганець. Найбільш важливі компоненти чайного напою – дубильні речовини, кофеїн і ефірна олія. Від них залежать аромат, смак, колір і лікувальні властивості чаю.

Із чаю в гарячий  настій  переходить значна частина наявних фізіологічно активних речовин, у тому числі і вітаміни. Червоно-коричневий колір і терпкий в'яжучий смак надають настою головним чином таніни, а аромат — ефірна олія. Стимулюючі властивості чаю зумовлені в основному кофеїном. Залежно від сорту і способу заварки чаю склянка міцного напою містить від 0,02 до 0,1 г кофеїну. Кофеїн збуджує центральну нервову систему і діяльність  серця, підвищує  кров'яний тиск, розширює судини головного мозку,  печінки,  нирок , посилює  діурез. Зважаючи на це, вживання чаю корисне при занепаді сил і виснаженні, стомленні і зниженні розумової активності. З метою надання першої допомоги чай дають при  отруєннях , що викликають пригнічення  центральної нервової системи , ослаблення серцевої діяльності і дихання (отруєння алкоголем і іншими наркотичними речовинами). Алкалоїди теофілін і теобромін виявляють слабовиражену стимулювальну дію на центральну нервову систему, але значно підвищують діурез. Дубильна речовина —  кетахін , яка за будовою близька до вітаміну Р, сприяє засвоєнню організмом аскорбінової кислоти, підвищує міцність  капілярів , зменшує проникність їх стінок. Три склянки чаю покривають добову потребу організму людини у вітаміні Р.  Таніни  чаю виявляють в'яжучу і бактерицидну дію, поліпшують травлення. Через це чай призначають хворим при гострих проносах і інших розладах кишкової діяльності. Але міцний настій чаю не рекомендується вживати при підвищенні збудливості,  безсонні , органічних захворюваннях  серцево- судинної системи ,  атеросклерозі ,  гіпертонічній хворобі,  глаукомі. Надто міцний чай не бажано вживати і цілком здоровим людям, оскільки це може спричинити перезбудження нервової системи, занепокоєння, прискорене серцебиття, відчуття страху і інші хворобливі явища.

Чаї найкращих ґатунків збирають в певну пору року, а деякі, навіть, в певний день року. Такі чаї майже ніколи не збирають під час  мусонів, взимку або між загальноприйнятими у регіоні періодами збирання. Якісні чаї різних сезонів не змішують, оскільки вони істотно відрізняться один від одного на смак та аромат. В Китаї найбільше цінуються найперші весняні чаї; в Індії, окрім весняних, також вважаються дуже цінними літні чаї, які називаються «мускатель»; у  Тайвані  також виробляють виключної якості зимові  улуни.

Міцний настій чаю використовують як зовнішній засіб. У вигляді компресів, примочок і промивань його застосовують при сонячних  опіках , запаленні очей, як косметичний засіб. Цілющі властивості має і зелений чай. Настій із зеленого чаю стимулює кровотворення, сприяє утворенню протромбіну в печінці, активізує окислювально-відновлювальні процеси, нормалізує водно-сольовий  обмін, тонізує серцевий м'яз, підвищує пружність і зменшує проникність стінок кровоносних судин, знижує артеріальний тиск і кількість холестерину в  крові, поліпшує самопочуття хворих на атеросклероз, ревматизм і хронічний гепатит, діє як  радіопротектор.  Відвар  зеленого чаю має виражені антимікробні властивості і з успіхом застосовується при  шигельозі, деяких  ентероколітах,  колітах,  диспепсії .

Чай протипоказаний при гострих захворюваннях шлунково-кишкового тракту, виразках, нападах тахікардії. Утримайтеся від розпивання міцного чаю при нестачі магнію, хронічних порушеннях сну, в період вагітності і лактації.

Завдяки вмісту в ньому кофеїну, має тонізуючу дію, збуджує центральну нервову систему, особливо кору головного мозку і діяльність серця, підвищує кров’яний тиск і розширює кровоносні судини головного мозку, серця, нирок, поглиблює і робить частішим дихання, збільшує сечовиділення. Дубильні речовини чаю сприяють осадженню і виведенню з організму різних отруйних речовин. З листя і стебел чаю китайського виробляють лікувальні препарати. 
В медицині препарати чаю широко використовують при багатьох хворобах. Кофеїн вживають при фізичній і розумовій втомі, мігрені, для надання першої допомоги при гострій недостатності серцево-судинної системи і отруєнні наркотичними речовинами. Теобромін використовують при стенокардії, атеросклерозі, гіпертонічній хворобі і як сечогінний засіб. Вітамін P знижує артеріальний тиск, зменшує проникність і крихкість судин і підвищує згортання крові. Препарати чаю застосовують при геморагічних діатезах, набряках, капілярних крововиливах і трофічних виразках.

В наші дні інтерес до властивостей цієї чудової рослини не тільки не згас, а й набирає обертів. Адже екстракт чаю проявляє свої цілющі властивості на шкіру. Отримані на сьогодні результати наукових досліджень доводять цей факт. А ще екстракт чаю практично не викликає алергічних реакцій, тому може використовуватися в косметичних засобах для шкіри абсолютно всіх типів і навіть самої чутливої.