1.在大脑中咖啡因可以阻挡腺嘌呤核苷接受器。腺嘌呤核苷与它的接受器结合后可以减缓神经细胞的活动。一般在睡眠时两者结合。咖啡因分子与腺嘌呤核苷类似，可以与同一种接受器结合。但它不促使细胞活动降低，相反地，它阻止腺嘌呤核苷与它的接受器结合。其结果是神经细胞活动增高，神经细胞分泌激素肾上腺素。肾上腺素导致心跳加快，血压增高，肌肉中的血流量提高，皮肤和内脏的血流量降低，肝脏向血液释放葡萄糖。此外咖啡因与氨基丙苯一样可以提高脑内的神经递质多巴胺。
2.与其它刺激中枢神经系统的物质和酒精不同的是，咖啡因的作用相当短。对大多数人来说，咖啡因不影响他们的注意力和其他高级智力功能，因此含咖啡因的饮料往往在工作场所饮用。3.长时间饮用咖啡因可以导致身体对咖啡因的习惯化。假如这时中断使用咖啡因，身体会对腺嘌呤核苷过分灵敏，血压会过度降低，导致头疼和其它症状。最近的一些研究似乎说明饮用咖啡因可以减低获得帕金逊症的危险，但这个研究的结论还有待证实。
4.太多咖啡因可以导致咖啡因中毒。其症状是烦躁，紧张，刺激感，失眠，面红，多尿和消化道不适。有些人在每日服用250毫克以下时就会有这些症状。每天多于1克可以导致痉挛，思想和语言突然转换，心跳不稳，心动过速和精神运动性激越。咖啡因中毒的症状有点类似恐慌症和全面化焦虑症。 192毫克/体重千克 ，或对普通成年人来说， 72杯咖啡可能可以导致半数人死亡。 [来源请求]目前没有明确证据指咖啡因与骨质流失及骨质疏松症有相关性。在一项与可乐有关而不包括其他碳酸饮料的研究当中发现咖啡因并不是导致骨质流失的原因，相反当中磷酸的分量与年长女性出现骨质疏松有较直接的关系。
健康价值
目前，已知道咖啡因的特殊成份对人体的生理反应如下：
可以有效抗威胁我们身体健康的自由基，而自由基是造成许多疾病（如心肌病变、动脉硬化、中风、肺气肿、巴金森氏症）的主因。自由基过多会使身体代谢受到影响，破坏细胞进而使得器官组织受影响。
保护心脏血管的功能：含有高成份的多酚化合物，这一类化合物是强力的抗氧化齐，能延缓低密度脂蛋白的氧化时间高达三倍，可以溶解血液凝块及阻止血栓的形成；咖啡还可以增强血管收缩，避免血管扩强而头痛。此外，少量的咖啡也可以增强心肌收缩能力，促进血液循环，达到预防心血管疾病的作用。
提神醒脑：会刺激脑部的中枢神经系统，延长脑部清醒的时间，使思路清晰、敏锐，且注意力较为集中，可提高工作及学习的效率。