Το μεγαλύτερο μέρος της επίδρασης του καφέ οφείλεται στην καφεΐνη, που συναντάται και σε άλλα ροφήματα (τσάι, κακάο, κόλα). Η ποσότητα της καφεΐνης ανά φλιτζάνι εξαρτάται τόσο από την προέλευση και το είδος του καφέ (η robusta περιέχει διπλάσια ποσότητα από την arabica) όσο και από τον τρόπο παρασκευής (ο καφές φίλτρου περιέχει σχεδόν όλη την καφεΐνη της πρώτης ύλης, ο εσπρέσσο το 80 –85% ,ο μόκα στην ιταλική βιδωτή καφετιέρα το 92-98% ενώ ο στιγμιαίος μικρότερο ποσοστό).

Η σημαντικότερη επίδρασή της αφορά στο νευρικό σύστημα. Έρευνες του πανεπιστημίου της Ρουέν έδειξαν πως μπλοκάρει έναν υποδοχέα της αδενοσίνης, ενός νευρο -διαμορφωτή του κεντρικού νευρικού συστήματος. Έτσι ένα ή δύο φλιτζάνια αυξάνουν την ικανότητα εγρήγορσης, ενισχύουν την επαγρύπνηση και ευνοούν την συγκέντρωση. Επίσης μειώνει την πίεση του εγκέφαλο-ραχιαίου υγρού και μειώνει έτσι τους πονοκεφάλους. Αυτές οι επιδράσεις βέβαια μειώνονται με ταυτόχρονη πρόσληψη τροφής. Σε περίπτωση κατάχρησης όμως (πάνω από 500mg δηλ 4-5 φλιτζάνια) μπορεί να καθυστερήσει τον ύπνο, να μειώσει την ποιότητά του, να προκαλέσει άγχος, στομαχόπονο και ταχυκαρδία. Πάρα πολύ υψηλές δόσεις –πάνω από 10 γραμ. προκαλούν παρατεταμένη αϋπνίες, δύσπνοια και καρδιακή αρρυθμία.  Το παν είναι λοιπόν η κατανάλωση με μέτρο, ενώ η αντοχή, η ευαισθησία και το όριο ευεργετικής-επιβλαβούς επίδρασης  ποικίλει από άτομο σε άτομο και εξαρτάται βέβαια και από την ηλικία.

Στα μέσα της δεκαετίας του 70 ξεκίνησε μια συστηματική δυσφήμηση της καφεΐνης  όταν αρκετές μεγάλες έρευνές την συνέδεσαν με καρδιακές ασθένειες, καρκίνο της ουροδόχου κύστεως και γενετικές ανωμαλίες. Σύντομα φάνηκε όμως ότι οι έρευνες αυτές έπασχαν από προβλήματα μεθοδολογίας.  Εν ολίγοις ,οι ερευνητές στούμπωναν τα ποντίκια-πειραματόζωα με υπερβολικές δόσεις –αντίστοιχες συχνά με 200 κούπες καφέ ή τσαγιού, και όταν ο ποντικός αρρώσταινε, αυτό αποτελούσε είδηση.

Σήμερα είναι κοινώς αποδεκτό ότι ο καφές, χάρις τις αντιοξειδωτικές πολυφαινόλες που περιέχει, παρουσιάζει αντικαρκινική δράση (σε ήπαρ, έντερα κλπ) ενώ μειώνει τις πιθανότητες εμφάνισης πέτρας στα νεφρά. Δρα δε και σαν ένα ελαφρύ αντικαταθλιπτικό.