咖啡因在结构上包含两个也称为嘌呤的环系统。嘌呤环系统之一是腺苷。咖啡因与通常结合腺苷的受体（即腺苷受体）结合。腺苷受体有几种类型，这些受体的许多功能尚未完全了解。已知腺苷受体的激活会激活ATP转化为cAMP。CAMP是一个细胞内信号分子，可激活CAMP激酶。这种激酶在膜上打开一个K+通道，这导致K+从细胞中泄漏。因此，细胞变得超极化，因此抑制了神经活动。因此，腺苷属于抑制神经信号的系统。

咖啡因是腺苷受体的受体拮抗剂。该物质抑制了腺苷的所有信号，因此ATP转换为cAMP。因此，它还抵消了CAMP对大脑中神经信号的抑制。咖啡因会产生增加的活性，并影响其他神经递质，增加多巴胺和5-羟色胺水平。这两个神经递质与我们从咖啡因中看到的几种作用有关，包括对耐力，疲劳，松弛和痴呆症。

图：位于腺苷A2A受体的结合袋中的咖啡因。