Koffein er et mildt sentralstimulerende stoff med en rekke fysiologiske effekter. Det virker i første rekke på hjernen, og moderat inntak bidrar til å forbedre fysisk ytelse i forbindelse med utholdenhetstrening og kan gi økt årvåkenhet og konsentrasjon. 

Koffein virker også på hjertet, blodkar og nyrer. Det brukes i medisinen blant annet som smertestillende og febernedsettende middel.

En typisk kopp kaffe inneholder 75-100 mg koffein, men koffein-innholdet i kaffen avhenger av flere forhold. Dosering, malingsgrad, bryggetemperatur og kontakttid virker inn, og kaffebønnene i seg selv har ulik koffeinmengde. Robustabønnene inneholder 40 – 50% mer koffein enn arabica. Andelen varierer med ulike arter, men i snitt vil arabica inneholde 1,2 % koffein mens robusta inneholder 2,2%. Mesteparten av kaffen som selges i Norge er Arabica.

The European Food Safety Authority (EFSA) har konkludert med at et koffeininntak på rundt 400 mg koffein per dag (tilsvarende opptil 5 kopper kaffe) kan nytes som en del av en sunn balansert diett og en aktiv livsstil. Gravide og ammende kvinner anbefales å begrense koffeininntaket til 200-300 mg per dag.

Genetiske forskjeller gjør at folk kan reagere ulikt på koffein.  Toleranseutviklingen inntrer etter få dagers sammenhengende bruk, noe som innebærer at kroppen venner seg til stoffet og større mengder koffein må til for å oppnå samme effekt. 

Koffein er vanedannende og mange er vant til å ta en kopp kaffe til faste tider. Det finnes imidlertid ikke tilstrekkelig bevis for å påstå at mennesker som drikker kaffe eller andre koffeinholdige drikker blir avhengige av det, og koffein passer ikke inn i de medisinske kriteriene for avhengighet. 

En kaffedrikker som til vanlig drikker mye og sterk kaffe og som plutselig kutter ut all kaffedrikking, kan oppleve hodepine eller slapphet. Disse symptomene er midlertidige og vil bare vare en dag eller to.

Ved gradvis å kutte ned på det daglige inntaket av koffein får kroppen tid til å venne seg til lavere koffeinnivå og man kan unngå de midlertidige symptomene som enkelte opplever. Hvis man ønsker å redusere inntak av koffein, er det en enkel sak å bytte ut vanlig kaffe med koffeinfri kaffe.

Effekten av koffeinet varer noen få timer. Noen merker den mer enn andre, og man anslår at halveringstiden er på fem timer, altså den tiden det tar før konsentrasjonen av koffein er halvert. For noen er den så kort som en og en halv time.

Kaffedrikking om kvelden kan utsette søvnen. Andre kan reagere med å bli rastløse og spente hvis de drikker for mye kaffe eller te. Svært få reagerer imidlertid sterkt, og de fleste finner lett ut hvor mye koffein de tåler. 

Livslang koffeinbruk kan redusere risikoen for nevrodegenerative tilstander som demens, Alzheimers sykdom og Parkinsons sykdom. Flere studier viser en sammenheng mellom inntak av kaffe og redusert risiko for Type 2-diabetes

Forskere har identifisert fire ganger så mye antioksidanter i kaffe som i grønn te. Antioksidanter og kaffens inflammatoriske effekt kan redusere nivået av de ødeleggende frie radikalene i kroppen, og dermed i en viss grad virke beskyttende mot kreft og hjertesykdommer.