维生素是维持人体新陈代谢的必需营养成分。茶叶中含有多种维生素，如维生素a、维生素d、维生素c、维生素b1、维生素b2、维生素e和肌醇等，其中以维生素c和b族维生素的含量最高。研究证明，维生素c有很强的还原性，在体内具有抗细胞物质氧化、解毒等功能。它还能防治坏血病、增加机体抵抗力、促进伤口愈合等。茶叶中的维生素c还与茶多酚有协同作用，提高两者的生理效应。在正常饮食情况下，每天饮高档绿茶3～4杯便可基本上满足人体对维生素c的需求。
茶叶中的b族维生素含量也很丰富，达茶叶干重的100～150毫克／千克。它们的药理功能主要表现在对癞皮病、消化系统疾病、眼病等的显着疗效。茶叶中的脂溶性维生素如维生素a、维生素e、维生素k等，尽管含量也较高，但因茶叶饮用一般以水冲泡或水提取方法为主，而这些脂溶性维生素在水中的溶解度很小，所以饮茶时对它们的利用率并不高。茶叶中的维生素a原（类胡萝卜素）含量比胡萝卜还高，它能维持人体正常发育，维持上皮细胞正常功能、防止角化，并参与视网膜内视紫质的合成。如何提高对这些脂溶性维生素的利用，是一个有待深入研究的课题。
茶叶中矿质元素的含量相当丰富。其中以磷与钾含量最高，其次为钙、镁、铁、锰、铝等，微量成分有铜、锌、钠、硫、氟、硒等。这些矿质元素中的大多数对人体健康有益。
茶叶中氟的含量是所有植物体中最高的。氟对预防龋齿和防治老年骨质疏松有明显效果。但大量饮用粗老茶有可能导致氟元素摄入过度，从而引起氟中毒症状，如氟斑牙、氟骨症等。这一问题主要发生在砖茶消费区。所以在合理利用茶叶中氟的保健功能的同时，也要预防氟摄入过量。
硒是人体谷胱甘肽过氧化酶（gsh-px）的必需组成，能刺激免疫蛋白及抗体的产生，增强人体对疾病的抵抗力。硒还具有抗氧化功能。我国一些地方土壤硒含量很高，这些地方所产茶叶的硒含量可高达3.8～6.4毫克／千克，是天然的富硒茶。饮用富硒茶可获得比普通茶更好的保健效果。