Kaffee ist ein Naturprodukt und enthält eine Vielzahl von Substanzen, deren Anteile zwischen den verschiedenen Arten des Kaffeestrauchs und ihren Herkunftsgebieten sowie der Aufbereitungsart des Rohkaffees beträchtlich schwanken können.

Durchschnittlich beinhaltet Röstkaffee der Sorte Arabica folgende Inhaltsstoffe (in Prozent Trockenmasse):

Kohlenhydrate
Den Hauptanteil unter den Kohlenhydraten machen wasserunlösliche und -lösliche Polysaccharide aus. Im Zuge der Röstung sind die Kohlenhydrate starken Veränderungen unterworfen. So verschwinden Zuckerstoffe fast vollkommen. Die wasserunlöslichen Polysaccharide aus den Zellwänden der Kaffeebohne bilden den Kaffeesatz, der beim Aufguss des Getränks zurückbleibt.

Lipide
Bei den in der Kaffeebohne vorkommenden Lipiden handelt es sich überwiegend um Triglyzeride und Diterpenester, welche die sogenannten Kaffeeöle bilden. Unter den Fettsäuren am bedeutendsten sind Linolsäure und Palmitinsäure. Auch Verbindungen wie Kahweol und Kafestol, die früher für die Beurteilung der Kaffeequalität eine Rolle spielten, zählen zu den Fettstoffen. Da Fette nicht wasserlöslich sind, geht nur ein geringer Teil in das fertige Getränk über.

Proteine
Während im Rohkaffee der Proteinanteil noch bei ca. 11 % liegt, sinkt dieser beim Rösten deutlich ab. Verantwortlich dafür ist u. a. die sogenannte Maillard-Reaktion, bei der durch die Hitzeeinwirkung Aminosäuren und reduzierende Zucker eine neue Verbindung eingehen. Dabei entstehen viele der für den Kaffee typischen Aroma- und Farbstoffe.

Chlorogensäuren und andere Säuren
Etwa 80 verschiedene Säuren wurden bereits im Kaffee gefunden (darunter Zitronen-, Essig-, Apfelsäure), wobei der Hauptanteil bei den Chlorogensäuren liegt. Chlorogensäuren und Kaffeesäure gehören als Polyphenole zu den sekundären Pflanzenstoffen mit antioxidativen Eigenschaften. Beim Röstprozess werden bis zu zwei Drittel der Säuren abgebaut.

Alkaloide
Alkaloide sind stickstoffhaltige Verbindungen, die in vielen Pflanzengattungen vorkommen. Mit einem Anteil von 0,8 bis 2,5 % steht das Koffein beim Kaffee an der Spitze. Des Weiteren enthält Kaffee in geringeren Mengen die Alkaloide Trigonellin, Nikotinsäure, Theobromin und Theophyllin. Der Röstvorgang hat kaum Einfluss auf den Koffeingehalt. Trigonellin hingegen wird dabei zu einem großen Teil abgebaut, wobei das Vitamin Nikotinsäure (Niacin) gebildet wird. Eine Tasse Kaffee deckt in etwa ein Zehntel des Tagesbedarfs eines Erwachsenen an Niacin ab.

Mineralstoffe
Der Gehalt an Mineralstoffen hängt sehr stark von der Kaffeeart und dem Anbaugebiet bzw. den Anbaubedingungen ab. Im Durchschnitt geht man von einem Anteil von etwa 4 % aus, von denen bis zu 90 % auch in das Kaffee-Getränk übergehen. An erster Stelle steht Kalium, gefolgt von Kalzium, Magnesium und Phosphor. In Spuren kommen auch fast alle anderen Mineralstoffe vor.

Aromastoffe
Von den mehr als 850 Aromastoffen im Kaffee sind immer noch rund 100 nicht eindeutig identifiziert. Deshalb ist es auch bis heute noch nicht gelungen, ein synthetisches Kaffee-Aroma herzustellen. Der leicht bittere Geschmack des Kaffees ist, soweit man heute weiß, nicht nur auf das Koffein, sondern auch auf andere Substanzen zurückzuführen. Diese entstehen im Röstprozess bei der Erhitzung von Kohlenhydraten mit Eiweißen in der Maillard-Reaktion.