它存在于冰茶（80毫克）、咖啡酸奶（45毫克）、樱桃可乐（30毫克）
和巧克力薄饼干（5毫克）中。它也许在治头痛的止疼片（65毫克）里，或者治感冒的解充血药（30毫克）中。
咖啡因自然形成于咖啡树、茶树和巧克力树里。其他100多种植物，包括一些有毒的冬青树品种，叶子、种子或树皮里也隐藏着咖啡因。从植物中提炼后，咖啡因是一种白色的结晶粉末，味道有点苦。
咖啡因是一种生物碱。在植物中还发现了其他生物碱，包括效力更大的尼古丁（来自烟草）和鸦片（来自罂粟）。植物学家认为，植物内含有生物碱是一种自我保护行为。它苦苦的味道和产生的副作用可以防止植物被动物吃掉。生物碱还能防御其他来“竞争”的植物——咖啡因渗入到咖啡树周围的土壤中，能够减少杂草的生长。
生物碱可以非常容易地穿过人体的细胞壁，进入到血液循环中。当足够多的咖啡因进入血液循环时，一系列作用便产生了：心率和血压暂时性升高；你逐渐变得更加清醒和敏捷；肌肉更加紧绷，说话语速变快。你感觉更有精力，注意力更加集中，记忆力和运动技能也都有提高。
期末考试前彻夜读书的大学生、午夜换班的出租车司机、长途运输的货车司机、凌晨两点办案的警察——他们都需要喝咖啡（60～150毫克）来保持头脑清醒。
科学家们认为，事实的真相是咖啡因与人体内循环的其他化学成分相似，这让它可以改变脑化学。喝完一大杯星巴克咖啡后，我们自己也弄不清楚是什么东西让我们完全清醒了。
腺苷（腺嘌呤核苷）就是与咖啡因成分相似的分子之一。腺苷在细胞中聚集，这个细胞与腺苷受体相连，就像钥匙与锁一样。之后，大脑释放出对睡眠有诱导作用的化学物质。
咖啡因分子与腺苷分子在三维结构上十分相似，所以它可以紧紧地与腺苷受体结合。当真正的腺苷出现的时候，它们不能够与腺苷受体相结合，因为咖啡因分子组织了它们。不过，咖啡因分子因为没有腺苷的化学组成成分，所以不能诱导睡眠——反而让我们更长时间地保持清醒。
咖啡因还与一种叫做腺苷-3'，5'-环化一磷酸的分子结构相似，cAMP帮助人体控制肾上腺素的流量。（肾上腺素是“斗志或飞翔”的荷尔蒙，它让我们在遇到紧急情况时保持高度警觉。）咖啡因增加了多巴胺的分泌量，而多巴胺是一种能够让人兴奋和高兴的化学物质。
不过，过多的咖啡因能够导致精神狂乱，实际上注意力会变得更加糟糕。咖啡因还让人难以躺下入睡，导致心脏跳动过快，你会感觉到烦躁、神经质和紧张不安。更严重的是，一旦你习惯每天都摄取咖啡因，若突然停止吸入，你可能会有剧烈的头痛。你还会感觉到疲劳，有些沮丧。
不过，研究显示，对于大多数人来说，每天喝一杯或两杯咖啡饮料可能对健康没有坏处。