화학식 C8H10O2N4. 3개의 메틸기를 가진 크산틴 구조이다. 브라질의 커피콩에 1∼1.5%, 동양의 차 잎에 1~5%, 열대 아프리카의 콜라 열매에 3%, 파라과이의 마테차에 1∼2%, 브라질의 구아라나 종자에 3∼5% 존재하는 흥분성 성분으로 백색의 연한 결정이다.
찬물에는 녹기 어렵고 뜨거운 물에는 잘 녹으며 쓴맛이 있다. 녹차 등에서 뜨거운 물로 삼출시켜 타닌 등을 제거하고 단리(單離)할 수 있다. 또 디메틸요소 ·말론산을 출발물질로 하여 화학적으로 합성할 수도 있다. 식물 속에서의 합성은 그 밖의 퓨린염기와 마찬가지로 글리신 ·포름산 ·이산화탄소 등을 재료로 하여 합성된다. 또 3개가 존재하는 메틸기는 메티오닌에서 유래하고 있다. 카페인의 중요성은 그 약리작용에 있다.
중추신경 흥분제 ·호흡흥분제 ·강심제 ·이뇨제이며, 소량으로는 피로회복의 효력이 있고, 편두통이나 심장병 등에도 쓰인다. 여기에 벤조산나트륨을 가하여 수용성으로 만든 것이 강심제로 알려진 벤조산나트륨 카페인이다. 극약이며 상용량 1회 0.2g, 1일 0.5g, 극량은 1회 0.5g, 1일 1.5g이다. 약제 이외에도 금 ·팔라듐 ·비스무트 등의 분석시약(分析試藥)으로도 사용된다.
