咖啡因属于一种叫做生物碱的物质。它是在咖啡和茶等植物中从DNA和RNA中发现的腺苷中产生的。在生物合成咖啡因的植物中也发现了可可碱。因此，可可碱存在于咖啡、茶和植物提取物中。可可碱和咖啡因在物理和化学上都很相似。因此，在分析后可能很难将它们分离。咖啡因比可可碱对中枢神经系统有更强的刺激作用。

图:咖啡因和可可碱的化学结构。咖啡因被称为1,3,7-三甲基黄嘌呤，或1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮。可可碱被称为3,7-二甲基黄嘌呤，或3,7-二甲基嘌呤-2,6-二酮。

图中显示，咖啡因由两个环系统组成。这些环系统，称为嘌呤，由一个嘧啶(6成员环)和一个咪唑环(5成员环)组成。嘌呤是杂环芳香族化合物。咖啡因是由两个羰基和四个叔胺组成的。咖啡因和可可碱还包括酰胺基，酰胺基是由一个与C原子和N原子结合的羰基组成的官能团，烯烃是一种至少含有一个碳碳双键的不饱和烃。咖啡因和可可碱的唯一区别是在咖啡因的1号位置有一个额外的亚甲基。咖啡因的官能团是烯烃、酰胺和胺。