カフェインはメチルキサンチン誘導体の一つで喘息治療薬テオフィリンに類似する。カフェインの主な作用には、覚醒、強心性、脂肪酸分解、脳細動脈収縮、利尿などがある。カフェインは肝臓の代謝酵素CYP1A2で代謝され、最終的に尿酸となり排泄される。ニコチンはCYP1A2を増やすので、喫煙者のカフェインによる痛風発症リスクを高くする。
カフェインは脳内でアデノシンA2a受容体を遮断することにより、アデノシン蓄積による睡眠誘発作用を抑制し、結果として覚醒状態を維持しやすくする。アデノシンがドーパミン神経系のシナプス後ニューロンに発現するアデノシン受容体に結合すると、ドーパミン受容体が不活性化され、ドーパミンによる刺激伝達が抑制される。
メチルキサンチン誘導体はホスホジエステラーゼ（PDE）の非選択的な阻害作用があり、細胞内cAMP濃度の増加を引き起こす。これにより、心筋収縮力の増大、気管支平滑筋の弛緩、脳細動脈の収縮のような交感神経系興奮様作用を示す。これらの結果、糸球体濾過量 の増加と尿細管での水分の再吸収の抑制により利尿作用を現わす。また、カフェインによる糖代謝の促進も利尿を増やす。また、cAMP濃度の増加は胃酸を産生する壁細胞のプロトンポンプを活性化し、胃酸分泌を増加させる。
カフェインはアデノシンアンタゴニスト、セロトニンアンタゴニスト、GABAアンタゴニストであり、βアドレナジックアゴニスト、ドーパミンアゴニストである。
カフェインは5ARを活性化し、精巣でDHTを増やし、脳でプレグネノロン、DHEA、プロゲステロンを増やす。
カフェインはチトクロームCオキシダーゼの活性化、炭酸脱水酵素阻害作用、甲状腺刺激ホルモン（TSH）と成長ホルモン（GH）の抑制、運動（ストレス）によるトリプトファン水酸化酵素（TPH）増加の抑制、アスピリン吸収の促進などにより、代謝を増加させる。また、カフェインはアンカップリングを増やす。
カフェインは強力な抗がん効果がある。カフェインによるアデノシンレベルの低下は細胞内酸素レベルを増加し、がんを殺傷する免疫能を強める。また、カフェインはエストロゲン受容体とインスリン様成長因子（IGF-1）受容体を減らし、乳がん、子宮内膜がんを予防する。カフェインはUVB誘発チミン形成の抑制と日焼けの抑制により皮膚がんを予防する。肺がんでPDE4と低酸素誘導因子（HIF）の過剰発現は密接に関連する。カフェインは非特異的PDEインヒビターとしてNOを増加するが、誘導型一酸化窒素合成酵素（iNOS）インヒビターでもあり、正味のNOは低下する。ちなみに、バイアグラはPDE5インヒビターであるが、iNOSエンハンサーである。
他に、カフェインには強い抗ウイルス効果と抗菌効果がある。カフェインとクロロゲン酸は鉄をキレートする。
カフェインによる神経過敏（ストレス反応）は主に肝機能障害による。カフェインのストレス反応（心拍数上昇、血圧上昇、コルチゾール上昇、エピネフリン上昇など）は一時的であり、多くは4日以内に寛容される。持続的なカフェインの摂取（2週程度）は肝臓の脂肪放出を促進して脂肪肝を改善し、アドレナリン、コルチゾールを低下させ、インスリン感受性を高める。
また、20-30gの糖と共にカフェインを摂取することでストレス反応が起きないなら、肝臓のグリコーゲン貯蔵量の低下が問題であり、グリコーゲン貯蔵量は肝機能に依存する。空腹でカフェインを摂らないことが大事である。
肝機能改善には、ナイアシナミド、アスピリン、グリシン、タウリン、テアニン、ビタミンB1、B6、E、K2、ビオチン、BCAAが有効である。
カフェインが200mg（3mg/kg）以下ならアドレナリンを増加させず、仕事量を増やす。600mg（9mg/kg）以上は遊離脂肪酸を増加させる。カフェインはレギュラーコーヒー100mlに60mg程度含まれ、コーヒー1杯150mlとして2杯でおよそ200mgとなる。半減期は約6hである。
カフェインは胃酸とペプシンレベルを増やす。低胃酸は甲状腺機能低下症の主なサインであり、カフェインは甲状腺ホルモンを一部代理する。胃の粘膜傷害にはHピロリ菌感染症、アルコールによる傷害、またはストレスが関与する。胃酸と比べ、コーヒーの酸性度は極めて低く、胃刺激物でない。逆に、カフェインは胃粘膜血流増加と白血球の活性化による胃粘膜保護効果により、NSAIDとアルコールから胃粘膜を保護する。カフェインとアスピリンの併用は代謝を高め、胃の健康を促進する。アスピリンによる胃粘膜損傷はグリシン欠乏による。
カフェインはうつ、AD、ALS、PD、ハンチントン病、MS、肥満、糖尿病、高血圧、IBS/IBD、NAFLD、アルコール性肝炎、B型・C型肝炎、肝硬変、肝がん、ハゲ、耳鳴り、骨粗鬆症、老化などに有効である。
注）参考文献を確認したい方は、Ray Peat Forum（https://raypeatforum.com/community/）でキーワード検索してください。（例えば、Haidut, caffeine）HaidutはGeorgi Dinkovのペンネームです。
