Poznavanje nutritivne vrijednosti hrane može pomoći ljudima da naprave ispravan izbor prehrane. U slučaju čaja, ukupna nutritivna vrijednost čaja određena je količinom vitamina, hranjivih tvari i minerala koji se u njemu nalaze. Različite vrste čaja imaju različite nutritivne vrijednosti, uglavnom zbog različitih metoda koje se koriste za obradu listova čaja. Čaj koji je najmanje obrađen zadržava veći broj antioksidansa i stoga je hranjiviji.
Od četiri glavne vrste čaja, zeleni i bijeli čajevi su najmanje obrađeni, dok su crni i oolong čajevi visoko obrađeni. Zeleni čaj se prerađuje tako da se listovi čaja suše na vrućem zraku i potom kuhaju na pari, a bijeli čaj obično se podvrgava samo pari. Crni čaj se drobi, suši na zraku i fermentira, a kod oolong čaja listovi prolaze samo djelomičnu fermentaciju. Ova obrada utječe ne samo na nutritivnu vrijednost čaja, već i na njegov okus, pri čemu su crni i oolong čajevi punog okusa, a bijeli i zeleni čajevi nježnijeg, cvjetnog okusa.
U slučaju zelenih i bijelih sorti, nutritivna vrijednost čaja je visoka. Čini se da pijenje zelenog čaja ima pozitivan, iscjeljujući učinak na osobe s dijabetesom i one koji su podvrgnuti kemoterapiji. Također se pokazalo da je zeleni čaj učinkovit u uklanjanju akni i smanjenju visokog krvnog tlaka i kolesterola. Poznato je da antioksidansi prisutni u zelenom čaju jačaju imunološki sustav, a pokazalo se da su učinkoviti u uništavanju kancerogenih stanica i sprečavanju rasta tumora.
Bijeli čaj, koji je najmanje obrađen, bogatiji je polifenolnim antioksidansima. Imaju antibiotska svojstva i još jaču sklonost borbi protiv raka od antioksidansa zelenog čaja. Još jedna prednost bijelog čaja je da sadrži fluoride koji sprječavaju rast bakterija koje uzrokuju zubni plak.
Dok je nutritivna vrijednost čaja razmjerno niža u crnim i oolong čajevima, mnogi bi ih dijetetičari preporučili umjesto bezalkoholnih pića. Kalorije u čaju su zanemarive, pa bi pijenje čaja moglo biti zdravije, osobito za ljude koji pokušavaju izgubiti ili kontrolirati svoju težinu. Također, nutritivna vrijednost čaja se povećava kada se uzima s mlijekom, a može opskrbiti osobe koje pije prijeko potrebne minerale i vitamine. Glavni vitamini u čaju su vitamini B, C i E, a minerali u čaju uključuju krom, mangan, selen i cink.