無論電離輻射直接作用于生物大分子還是間接作用于水，都會產生大量自由基攻擊生物大分子，由于自由基對物質分子的作用無專一性，如果存在可與物質分子競爭自由基的其它物質時，受到損傷的物質分子數可以減少。因此，凡能直接清除自由基、增強機體抗氧化能力、增強機體免疫力的成分都能發揮抗輻射作用。
茶葉中具有多種清除自由基的成分：茶多酚、茶多糖、茶蛋白、維生素類等。研究表明，茶樹體內兒茶素、茶多酚、黃酮苷、咖啡堿等特異成分與其輻射敏感性及自由基含量變化密切相關。
1. 茶多酚
茶多酚是茶葉的主要抗輻射成分之一。茶多酚具有多個酚羥基，不僅直接參與競爭輻射能量及輻射產物（包括自由基），還可通過與靶分子作用，提高機體的輻射抗性（抗氧化、免疫）來實現輻射防護作用。茶多酚可從多個水平，包括輻射損傷前、中、后等各個過程發揮抗輻射作用，因此茶多酚是茶葉中最關鍵的抗輻射成分。
2. 茶多糖
很多中藥多糖具有抗輻射作用，茶多糖也不例外。茶多糖能主要通過增強機體抗氧化和免疫功能而發揮抗輻射作用。關于茶多糖的抗氧化作用和調節免疫功能已經在其他章節介紹。
3. 皂甙類
關于茶皂甙的抗輻射作用目前沒有直接證據，但可從其他皂甙的抗輻射作用推而廣之。人參三醇皂甙可降低輻射誘發的骨髓細胞染色單體型和染色體型畸變以及畸變細胞數；人參皂甙不僅對輻射所致的細胞膜損傷、組織LPO產生過多有防護作用。黃芪甲甙對輻射損傷細胞與骨髓造血有一定保護作用，能使損傷細胞向正常逆轉，加速粒細胞增殖與運動作用，促進成熟粒細胞進入貯存池，從而進入外周血循環，對淋巴細胞有激活作用。據此推測，茶皂甙可能也有抗輻射作用，這方面還有待進一步研究。
4. 生物堿類
苦豆子總堿能使受輻射小鼠肝組織中丙二醛(MDA)含量、血清谷丙轉氨酶(GPT)、谷草轉氨酶(GO T)、超氧化物歧化酶(SOD)以及全血中硒、谷胱苷肽過氧化物酶(SeGSH-PX) 活力等指標恢復正常。
5. 其他成分
維生素C對解毒、減弱病毒致病力、恢復機體代謝、加速放射性物質排出也有一定效果。有利于放射性物質迅速排出體外，能抑菌、抗內出血、抗發炎，可提高白血球總數，從而增強機體抵抗力，預防輻射損傷。
總之，茶葉對輻射損傷的防護和對損傷機體的治療機制表現在：直接參與競爭輻射能量及清除輻射產物自由基，還可通過提高體內抗氧化酶活性，調節和增強細胞免疫功能來提高細胞對輻射的抗性，促進造血和免疫細胞增殖和生長，使輻射損傷組織得到恢復，表明茶葉及其功效成分不僅具有抗輻射損傷效應，且對輻射損傷機體后還有恢復、治療的作用，茶葉抗輻射的作用是多種成分多種機理綜合作用的結果。腫瘤病人輻照后服用茶多酚制劑除了明顯的升白作用外，一般均能提高生活質量，增進食欲，改善睡眠和排便，利于腫瘤治療。
