据日本的研究发现，茶氨酸能明显促进大脑中枢神经系统释放出多巴胺并提高多巴胺的生理活性，从而有助于放松身体、缓解疲劳。近年来，随着研究的深入，茶氨酸的多种功能渐被发掘。
1.治疗抑郁症
目前，茶氨酸已被应用于治疗世界各国发病人数最多的常见精神病—抑郁症。据估算，全球有1亿多人患有不同程度的抑郁症，抑郁症发病率高达1.5%。
当前，抑郁症的治疗主要采用西药抗抑郁剂，如舍曲林、帕罗西汀等，但这些药物尽管能有效控制抑郁症症状，嗜睡、视物模糊、高血压等的副作用却十分明显，若是长期尤其是大剂量使用，将对患者造成极大危害，而用茶氨酸制成的药物则可避免这些副作用，美国、日本等国的保健品厂商已开发上市了多只以茶氨酸为主并辅以缬草根提取物、金丝桃素等天然镇静剂的纯天然抗抑郁胶囊，疗效显著且长期服用也未见任何副作用发生。
2.保护神经细胞
茶氨酸能抑制短暂脑缺血引起的神经细胞死亡，对神经细胞有保护作用。神经细胞的死亡与兴奋型神经传达物质谷氨酸有密切联系。在谷氨酸过多的情况下会出现细胞死，这通常是老年痴呆等症的病因。茶氨酸与谷氨酸结构相近，会竞争结合部位，从而抑制神经细胞死。茶氨酸有可能用于对谷氨酸引起的脑障碍，如脑栓塞、脑出血等脑中风，以及脑手术或脑损伤时出现的虚血和老年痴呆等疾病的治疗及预防。
3.增强抗癌药物的疗效
癌症的发病率和死亡率居高不下，为治疗癌症所开发的药物往往具有很强的副作用。在癌症治疗时，除了使用抗癌药物外，还必须同时使用多种抑制其副作用的药物。茶氨酸本身无抗肿瘤活性，但能提高多种抗肿瘤药的活性。茶氨酸与抗肿瘤药并用时，茶氨酸能阻止抗肿瘤药从肿瘤细胞中流出，增强了抗肿瘤药的抗癌效果。茶氨酸还能减少抗肿瘤药的副作用，如调节脂质过氧化水平，减轻抗肿瘤药引起的白血球及骨髓细胞的减少等副作用。茶氨酸还具有抑制癌细胞浸润的作用，癌细胞浸润是癌细胞扩散的必要途径。抑制其浸润可阻止癌症的扩散。
4.镇静作用
咖啡碱是众所周知的兴奋剂，但人们在饮茶时反而感到放松、平静、心情舒畅。现已证实这主要是茶氨酸的作用。
5.调节脑内神经传达物质的变化
茶氨酸影响脑中多巴胺等神经传达物质的代谢和释放，由这些神经传达物质控制的脑部的疾病也有可能因此得到调节或预防。
6.提高学习能力和记忆力
在动物实验中，还发现服用了茶氨酸的老鼠的学习能力和记忆力比对照群的好。动物实验中发现给老鼠服用3、4个月茶氨酸后进行学习能力测试。试验结果，服用茶氨酸的老鼠的多巴胺浓度高。学习能力测试有多种，其一是把老鼠放到箱子里，箱内有一盏灯，灯亮时按一开关，就有食物出来。服用茶氨酸的老鼠能在较短时间内掌握要领，学习能力高于不服茶氨酸的老鼠。其二是利用老鼠有躲到暗处的习惯，当老鼠跑到暗处时寸用电击它，服用茶氨酸的鼠趋于徘徊在光亮处，以免遭电击，表明对暗处的危险有较强的记忆。可见，茶氨酸有提高老鼠的记忆力及学习能力的效果。
我国的茶氨酸理论总产量每年可达50万～100万公斤，故发展茶氨酸原料生产潜力十分巨大。此外，我国抑郁症发病率近几年来也在不断上升，而茶氨酸作为一种良好天然镇静剂治疗抑郁症已得到国际医学界的公认。因此，茶氨酸是国内保健品产业中一只富有市场潜力的新品。
