茶树营养器官的变异最为显著，从树型看，有高达10m，甚至20m以上的乔木，也有低于1m的灌木，还有介乎两者之间的小乔木；从分枝形态看，有分枝角度小的直立状茶树，也有分枝角度大的开展状茶树。从叶片性状看，变异更为丰富，如叶片大小，可分特大叶类(叶长＞14cm，叶宽＞5cm)、大叶类(叶长10-14cm，叶宽4-5cm)、中叶类(叶长7-10cm，叶宽3-4cm)和小叶类(叶长＞7cm，叶宽＜3cm)；叶色可分浓绿、绿、淡绿、黄绿、紫红、微紫等；叶形可分长椭圆形、椭圆形、卵圆形、披针形等。从茶芽性状看，有的肥壮、有的细小，有的密生茸毛，有的茸毛极少；
茶树生殖器官的变异幅度较营养器官小，花冠大小可分特大花(冠径＞5cm)、大花(冠径4-5cm)、中花(冠径3-4cm)、小花(冠径＜3cm)；雄蕊数变异的幅度150-320枚，茶果形状可分球形、肾形、三角形、四方形、梅花形等；茶籽的大小可分大粒(直径＞12cm)、中粒(直径10-12mm)、小粒(直径＜10mm)等。
在相同气候条件下，春茶萌发期和晚秋休眠期，不同品种表现有早有迟，新梢物候期与温度关系的密切程度也不一样。茶树开花期有早、中、晚之分，其结实力，在无性系品种中，有稳定和极不稳定的差别，其中有些品种根本不结实，中国茶树品种主要化学成分的变异幅度是：多酚类为18.84-38.74%，咖啡碱为2.76-4.58%，水浸出物为35.89-49.26%；在同一有性群体的不同类型中，化学成分也存在一定程度的变异，如龙井群体品种各类型鲜叶多酚类变异范围平均为21.72-25.38%，水浸出物为38.93-43.06%。
上述变异的主要原因，是由于茶树为一种异花授粉作物，遗传物质相互重组，再加上长期的自然选择和人工选择，在后代中表现出各种新的性状。