经由医学实验发现，红茶中的咖啡硷藉由刺激大脑皮质来兴奋神经中枢，促成提神、思考力集中，进而使思维反应更形敏锐，记忆力增强;它也对血管系统和心脏具兴奋作用，强化心搏，从而加快血液循环以利新陈代谢，同时又促进发汗和利尿，由此双管齐下加速排泄乳酸(使肌肉感觉疲劳的物质)及其他体内老废物质，达到消除疲劳的效果。
在红茶中的咖啡硷和芳香物质联合作用下，增加肾脏的血流量，提高肾小球过滤率，扩张肾微血管，并抑制肾小管对水的再吸收，于是促成尿量增加。如此有利于排除体内的乳酸、尿酸(与痛风有关)、过多的盐分(与高血压有关)、有害物等，以及缓和心脏病或肾炎造成的水肿。
红茶中的多酚类化合物具有消炎的效果，再经由实验发现，儿茶素类能与单细胞的细菌结合，使蛋白质凝固沉淀，藉此抑制和消灭病原菌。所以细菌性痢疾及食物中毒患者喝红茶颇有益，民间也常用浓茶涂伤口、褥疮和香港脚。
据实验证明，红茶中的茶多硷能吸附重金属和生物硷，并沉淀分解，这对饮水和食品受到工业污染的现代人而言，不啻是一项福音。
夏天饮红茶能止渴消暑，是因为茶中的多酚类、醣类、氨基酸、果胶等与口涎产生化学反应，且剌激唾液分泌，导致口腔觉得滋润，并且产生清凉感;同时咖啡硷控制下视丘的体温中枢，调节体温，它也刺激肾脏以促进热量和污物的排泄，维持体内的生理平衡。
此外，红茶还具有防龋、健胃整肠助消化、延缓老化、降血糖、降血压、降血脂、抗癌、抗辐射等功效;红茶还是极佳的运动饮料，除了可消暑解渴及补充水分外若在进行需要体力及持久力的运动(如马拉松赛跑)前喝，因为茶中的咖啡硷具有提神作用，又能在运动进行中促成身体先燃烧脂肪供应热能而保留肝醋，所以让人更具持久力。
