咖啡因化学名为1，3，7-三甲基-3，7-二氢-1H-嘌呤-2，6-二酮一水合物，又称三甲基黄嘌呤。
可可豆碱和茶碱均为天然的黄嘌呤类衍生物，与咖啡因结构相比只是在环取代甲基的多少及位置稍有不同。可可豆碱为3，7-二甲基黄嘌呤；茶碱为1，3-二甲基黄嘌呤医|学教育网搜集整理。
可可豆碱、茶碱和咖啡因具有相似的药理作用，但它们的作用强度各不相同，其中枢兴奋作用为：咖啡因>茶碱>可可豆碱。
它们的中枢兴奋作用与脂溶性有关：可可豆碱1位无甲基取代，氮原子为酰亚胺结构，胺上的氢可以解离二具有酸性，所以中枢作用最弱；茶碱少了7位甲基脂溶性没有咖啡因大，所以中枢兴奋作用比咖啡因小。兴奋心脏、松弛平滑肌及利尿作用为：茶碱>可可豆碱>咖啡因，医|学教育网搜集整理因此咖啡因主要用作中枢兴奋药，茶碱主要用为平滑肌松弛药，利尿及强心药，可可豆碱现已少用。
