A cafeína é o estimulante legal mais usado no mundo. A cafeína é mais comumente associada ao café e às bebidas à base de cola que contém cafeína e flavorizantes extraídos de fontes naturais (grãos de café e nozes de cola, respectivamente). O chá contém quantidade significativa de cafeína e teofilina, enquanto que o chocolate (cacau) contém quantidades relativamente baixas de cafeína e teobromina. Teofilina e teobromina são parentes químicos da cafeína. O café foi inicialmente usado para ajudar a manter as pessoas acordadas nas noites frias, durante longos eventos religiosos.

A cafeína não produz uma verdadeira euforia, mas causa dependência psicológica, aumenta a vivacidade, a performance mental e a motora, especialmente nos fadigados. Estes sintomas, junto com alguns dos efeitos de doses altas - por exemplo, agitação e até convulsões - acontecem principalmente pelo bloqueio dos receptores de adenosina. A adenosina é um hormônio local auto-regulável que modula (normalmente inibe) a função da maioria das células no corpo. A quantidade de cafeína em 2 ou 3 xícaras de café bloqueia 50% dos receptores de adenosina.

Entre os efeitos conhecidos da cafeína estão a estimulação do coração (aumento do ritmo e potência, e às vezes, ritmo acelerado) e a diurese (aumento do volume de urina). A dilatação das vias respiratórias é um efeito menos conhecido que ocorre com um grau ainda mais elevado de teofilina, usado no tratamento da asma. O consumo muito grande de cafeína pode causar o cafeinismo, um complexo de ansiedade, irritabilidade e depressão e um aumento do nível de vários hormônios no sangue associados as estresse.

As adaptações celulares ocorrem com o uso crônico, causando tolerância aos efeitos que a cafeína produz. Uma retirada suave pode provocar letargia, irritabilidade e dores de cabeça, em um indivíduo com ingestão prolongada de 600 miligramas (6 xícaras de café) ou mais por dia.

A adenosina comprovadamente acentua os efeitos cardiovasculares causados pela nicotina. Fumantes podem ser capazes de compensar isto com o alto consumo de café, porque a maior ingestão de cafeína bloqueia mais receptores de adenosina e limita estes efeitos.