咖啡因是一種黃嘌呤生物鹼化合物，對人類來說是一種興奮劑。咖啡因是一種中樞神經興奮劑，能夠暫時的驅走睡意並恢復精力。有咖啡因成分的咖啡、茶、軟飲料及能量飲料十分暢銷，因此，咖啡因也是世界上最普遍被使用的精神藥品。在北美，90%成年人每天都攝入咖啡因。很多咖啡因的自然來源也含有多種其他的黃嘌呤生物鹼，包括茶鹼和可可鹼這兩種強心劑以及其他物質例如單寧酸。
咖啡因對神經系統產生了什麼作用？
在大腦中咖啡因可以阻擋腺嘌呤核苷接受器。腺嘌呤核苷與它的接受器結合後可以減緩神經細胞的活動。一般在睡眠時兩者結合。咖啡因分子與腺嘌呤核苷類似，可以與同一種接受器結合。但它不促使細胞活動降低，相反地，它阻止腺嘌呤核苷與它的接受器結合。其結果是神經細胞活動增高，神經細胞分泌激素腎上腺素。腎上腺素導致心跳加快，血壓增高，肌肉中的血流量提高，皮膚和內臟的血流量降低，肝臟向血液釋放葡萄糖。此外咖啡因與氨基丙苯一樣可以提高腦內的神經遞質多巴胺。
咖啡因一打量腺苷，再一看自己，咦，我們（化學結構）長很像啊！於是心裡就想，為啥你可以和腺苷受體結合我不可以啊？然後一腳踹開腺苷就去霸占了腺苷受體。這個時候問題就來了。身體雖然很疲勞，不斷向大腦傳遞“需要休息”的信號，但是因為原配沒有和受體結合，大腦就接收不到身體這些信號，於是就一直蒙在鼓裡，繼續發號施令讓身體各部分加油工作。這個時候，漂浮在大腦中的腺苷無處可去，越積越多，使得大腦中神經元的放電隨之增加，這時大腦的反應是“噢哦，大事不妙，有異常情況！”然後趕緊調兵遣將，通知腎上腺分泌腎上腺素(adrenaline)。這是我們的身體在應激反應時分泌的一種激素，它導致我們心跳加快，肌肉緊張，血壓增高，肌肉中的血流量提高，皮膚和內臟的血流量降低，肝臟向血液釋放葡萄糖，從而獲得額外的能量。
換句話說，咖啡因其實並沒有消除身體的疲勞，而是暫時欺騙了大腦，阻斷了身體疲勞的信號，而繼續讓其活蹦亂跳。
長時間喝咖啡因會怎麼樣？
與其它刺激中樞神經系統的物質和酒精不同的是，咖啡因的作用相當短。對大多數人來說，咖啡因不影響他們的注意力和其他高級智力功能，因此含咖啡因的飲料往往在工作場所飲用。長時間飲用咖啡因可以導致身體對咖啡因的習慣化。假如這時中斷使用咖啡因，身體會對腺嘌呤核苷過分靈敏，血壓會過度降低，導致頭疼和其它症狀。長期性且過度攝取咖啡因會引起一系列的精神紊亂。其中兩種被美國精神病學協會驗證的是咖啡因焦慮症和咖啡因睡眠失調。咖啡因睡眠失調是指由一個個體有規律的攝取高劑量的咖啡因所導致的他或她的睡眠紊亂，並且能被臨床診斷所發現。對某些個體而言，大劑量的咖啡因所導致的焦慮足夠被臨床診斷發現。咖啡因焦慮症會以不同的形式出現，一般性焦慮失調，恐慌發作，強迫症甚至是恐怖症。因為這些症狀容易與基本神經失調混淆，比如恐慌失調，一般性焦慮失調，躁鬱症或甚至是精神分裂症，所以一些醫務工作者認為部分咖啡因攝入過量的人被誤診並給予了不必要的治療，他們認為咖啡因誘發的精神疾病可以通過切斷咖啡因來源而很簡單的控制。一個由《不列顛上癮期刊》（British Journal of Addiction）所作的調查表明，雖然咖啡因引發的疾病很少被診斷出，咖啡因慢性中毒至少困擾了十分之一的總人口。
過量咖啡因的影響
一個急劇的過量咖啡因，通常超過250毫克（相當於2-3杯煮咖啡）就能夠導致中樞神經系統過度興奮。咖啡因過度興奮的症狀包括：煩躁、神經過敏、興奮、失眠、臉紅、尿液增加、胃腸紊亂、肌肉抽搐、思維渙散、心跳不規則或過快以及躁動。過量攝入咖啡因會引起各種身體和情緒方面的不適。一次性攝入400-500mg的咖啡因就可能會引發咖啡中毒症狀。攝取極大劑量的咖啡因會導致死亡。對於實驗鼠，咖啡因的半數致死量為192毫克每千克體重。咖啡因半數致死量取決於體重和個人敏感程度，大概是150至200毫克每千克體重，大約是一個普通成年人在一個有限的時間內攝取140至180杯咖啡，時間取決於生物半衰期。儘管飲用普通咖啡幾乎不可能致死，但有由於過度服用咖啡因藥丸致死的報告。需要引起注意的，咖啡因不只存在咖啡中，各種茶、運動、能量型飲料或食品中都可能含有咖啡因。對於咖啡因過度興奮的治療通常是輔助性的，即對個別的症狀進行相應的治療。但是如果患者的血清咖啡因濃度過高，則有可能採取腹膜透析、血液透析和血液濾過等方法。
咖啡因對睡眠的影響
通常，每當你早上醒來，身體就會開始生成腺甙，而咖啡因會阻礙腺甙生成。腺甙會讓人打瞌睡，腺甙指數應該是在日間逐漸升高的，這樣到了晚上，身體需要休息的時候，大腦也正好覺得該睡覺了。可是有了咖啡因的干擾，腺甙指數無法自然增長，到了晚上你就很難睡得著、睡得香了。咖啡因進入腺甙的受體位點，不僅阻礙其生成，還會進一步加速腎上腺素的生成。咖啡因對睡眠的另一方面影響體現在——它會干擾退黑激素的生成，這種荷爾蒙生成於松果體。松果體是大腦中對光線、黑暗都很敏感的區域，負責調節我們的生理時鐘。當夜幕降臨，退黑激素會告訴大腦該睡覺了，並發揮它的助眠功效，讓你睡得踏實，醒來後覺得活力滿滿。
咖啡因可保護腦部神經細胞
據分析，咖啡因具有保護腦部神經細胞的作用，患者小腸對咖啡等所含咖啡因的飲食吸收能力較弱，因而血液中濃度較低，故出現神經損傷，導致患帕金森病。該團隊的順天堂大學教授服部信孝表示：如果能從皮膚吸收咖啡因，從而提高血液中咖啡因含量的話，或許能預防發病或延緩病情發展。團隊注意到，咖啡等所含咖啡因對帕金森病發病有預防效果的報告，所以他們採集了108名患者和31名健康人士的血液，對其中的咖啡因濃度進行了比較。結果顯示，即便攝取的咖啡因量幾乎相同，患者血液中的濃度也僅為健康人士的三分之一。而且多個研究發現，長期咖啡因的攝入對於和大腦及神經系統相關的疾病，比如中風(stroke)(Larsson& Orsini, 2011) 、多發性硬化症(multiple sclerosis)(Mowry et al., 2015)、輕度認知功能障礙(mild cognitive impairment, MCI)與癡呆(dementia)(Cao et al,, 2012)、帕金森綜合症
