咖啡因代表了一类化合物，属于脂溶性嘌呤类化合物，是一种神经活性物质。很多药品、食品和膳食补充剂中都有咖啡因。含咖啡因的天然物质很多，大概有60多种植物中都含有咖啡因，含量比较高的是咖啡豆、茶叶、可可豆这类东西。咖啡因曾经属于违禁药物，尿中浓度超过12μg/ml就算阳性。2004年被IOC禁用物质清单里删除。
作为一种运动功能增进剂，咖啡因有用没用，不是我们讨论的重点。因为咖啡因有用，早就是体育界公认的事实。咖啡因的运动增进作用，主要体现在有氧耐力性运动中，尤其是对40分钟以上的长时间耐力运动。对我们健美运动者来说，咖啡因可能的作用主要是增加脂肪氧化，和提高无氧耐力。
就具体作用来说，咖啡因能提高血浆游离脂肪酸浓度，增加脂肪酸氧化。在中低强度有氧运动中，脂肪酸氧化率提高，可以节约糖原。节约糖原对健美运动者来说，好处是能在有氧运动中减少肌肉的消耗。
从提高运动成绩的角度来看，体育界对咖啡因的评价，是具有“强力作用”，效果比较明显。但这种强力作用的作用机制，现在还搞不清。一个原因是咖啡因能被人体所有组织吸收，还能穿越血脑屏障，这样就很难对咖啡因的作用进行独立研究。另外一个原因是，咖啡因是一种三甲基黄嘌呤复合物，可以在肝脏内迅速降解。它的降解产物，比如次黄嘌呤、茶碱、可可碱等，被释放入血液，跟咖啡因同时存在，并且也能在人体内产生反应。研究人员也分不清，到底是咖啡因，还是咖啡因的讲解产物在起作用。
咖啡因可能的作用机制，有三种经典“假说”。代谢假说、离子交换假说和中枢神经假说。其中代谢假说最经典，以前的老书一直用它，现在发现不一定对。关于咖啡因各种作用机制的假说，这里我们不详细讲。
使用咖啡因的多数是耐力运动员，力量运动员需不需要使用咖啡因，这方面的研究非常少。咖啡因能提高肌质网对钙离子的通透性，使细胞质内钙离子浓度升高，按道理说应该能提高肌肉收缩能力。但有一些研究发现，咖啡因对肌肉最大力量没有任何影响，但能延长无氧运动中达到力竭的时间。所以，咖啡因或许对力量训练也有帮助。
一般来说，咖啡因能够增加长时间有氧运动中脂肪的氧化，所以，在健美运动者减脂时可以使用。
在以减脂为目的的有氧运动中使用咖啡因，需要注意以下几点：一，咖啡因摄入的时间。运动员使用咖啡因，一般都是在赛前1小时。这是因为咖啡因吸收速度很快，摄入1小时后，血液浓度就能达到峰值。咖啡因的分解代谢不算快，半衰期是4-6小时。也就是说，咖啡因摄入后，血液峰值大概能保持3-4小时，最多可能达到6小时。二，咖啡因使用形式。有研究发现（Graham.1998），在耐力运动中，使用纯咖啡因胶囊，可能比服用含同等剂量咖啡因的咖啡效果好。这就提示，以减脂或无氧训练为目的使用咖啡因，可能胶囊的效果也比喝咖啡好。可能的原因是，咖啡中的某些其它物质，抵消了咖啡因的作用。但也有个别结论相反的研究。三，咖啡因会抑制肌酸补充剂的效果，这一点我们在讲肌酸补充剂时提到过。
研究发现，在安静状态下，摄入咖啡因也会使血浆游离脂肪酸浓度升高。并且，摄入咖啡因可以提高静息代谢率。不运动时摄入咖啡因，理论上讲也能减肥。但经常摄入咖啡因，会使人对咖啡因产生耐受性，降低咖啡因的效果。所以有些运动营养学家从实用的角度出发，建议运动员在赛前4-6天不要使用咖啡因，以期在赛时使咖啡因效果达到最大化。
有些健美运动者使用的补充剂里也有咖啡因，比如有些所谓氮泵。氮泵的效果可能部分得益于咖啡因兴奋神经中枢的作用。咖啡因对中枢神经的兴奋作用，提高了人觉醒和警觉程度。也降低了用力感和力竭性运动引起的不适感和疼痛感。间接提高了训练水平。从这个角度来说，氮泵类补充剂或许不能直接引起肌肉增大，但其兴奋作用，对提高训练质量可能是有帮助的。
我们再说一下咖啡因的使用剂量。咖啡因有一定副作用，所以很多人关心其剂量的控制。一般来说，在耐力运动中，摄入1-3毫克/公斤体重咖啡因，就能观察到积极效果。并且，摄入量增加并不会提升这种效果。也就是说，咖啡因摄入多和摄入少，增进效果上可能并无差别。
不管是药物还是营养素，剂量变化引起效果的变化，叫剂量-反应关系。很多研究都发现，咖啡因没有剂量-反映关系。甚至摄入量相差达到3倍，效果却无明显差别。
咖啡因使用的效果，也是因人而异。有些人对咖啡因敏感，而在有些人身上，咖啡因却似乎没有效果。同样，咖啡因的副作用，也是因人而异。在美国医学协会杂志上发表的研究说，有些人有一种能使咖啡因缓慢代谢的基因，这些人每天喝一杯咖啡，就可能提高患心脏病的风险。而能快速代谢咖啡因的人，即使每天喝4杯咖啡，也不会增加患心脏病的几率。这就是说，咖啡因可能有高度的个体特异性。使用咖啡因的剂量，还要根据个人情况来调节。
咖啡因的副作用跟剂量有关，正常水平的咖啡因一般不会造成明显不良反应。每天摄入超过1.5克咖啡因，可能出现典型的咖啡因中毒症状，包括头疼、烦躁、失眠、肌肉抽动、振颤、焦虑、血压升高和心律不齐等。咖啡因有利尿作用，使用后应该注意补水。