茶碱的结构为1，3-二甲基黄嘌呤，7位氮原子上的未共用电子对由于参与了环系的共轭，因而失去与H⁺结合的能力，同时由于这种共轭作用，使氮原子上电子密度相对降低，从而氮原子上的氢能以H⁺的形式解离，显弱酸性。