Το μαύρο τσάι παίρνει το χρώμα του από την οξείδωση, την ίδια διαδικασία που μαυρίζει ένα κομμένο μήλο.

Η διαδικασία της οξείδωσης στο τσάι καθοδηγείται κυρίως από το ένζυμο πολυφαινολοξειδάση. Όταν τα κυτταρικά τοιχώματα των φύλλων του φυτού Camellia sinensis καταστρέφονται κατά την επεξεργασία, οι κατεχίνες που περιέχουν έρχονται σε επαφή με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας.Αυτή η ενζυματική αντίδραση μετατρέπει τις άχρωμες κατεχίνες σε σύνθετες χρωστικές ουσίες, όπως οι θεαφλαβίνες και οι θεαρουβιγίνες. Οι θεαφλαβίνες προσφέρουν τη χρυσή απόχρωση και τη ζωντάνια στη γεύση, ενώ οι θεαρουβιγίνες είναι υπεύθυνες για το βαθύ κόκκινο ή καφέ χρώμα και το σώμα του ροφήματος.Η επιστημονική μελέτη της οξείδωσης του τσαγιού εντάθηκε τον 20ό αιώνα, με σημαντικές έρευνες από το Tea Research Association στην Ινδία. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η διάρκεια και η θερμοκρασία της οξείδωσης καθορίζουν το τελικό χημικό προφίλ του τσαγιού. Για παράδειγμα, το μαύρο τσάι οξειδώνεται πλήρως, συνήθως για 2 έως 4 ώρες σε ελεγχόμενη υγρασία.Αντίθετα, η παραγωγή πράσινου τσαγιού περιλαμβάνει το στάδιο 'kill-green' (shāqīng), όπου η θέρμανση πάνω από τους 65 βαθμούς Κελσίου απενεργοποιεί τα ένζυμα. Αυτό εμποδίζει την οξείδωση και διατηρεί υψηλά επίπεδα γαλλικής επιγαλοκατεχίνης (EGCG), ενός ισχυρού αντιοξειδωτικού που μελετάται ευρέως για τις αντικαρκινικές του ιδιότητες.