O chá preto é oxidado pelo mesmo processo natural que escurece uma maçã cortada.

A oxidação enzimática é o processo central que diferencia os tipos de chá derivados da Camellia sinensis. Quando as células das folhas são rompidas durante a etapa de rolagem, a enzima polifenol oxidase entra em contato com o oxigênio atmosférico. Essa reação química converte catequinas simples em polifenóis complexos chamados teafuninas e tearubiginas.As teafuninas são responsáveis pela cor dourada e pelo brilho do chá, enquanto as tearubiginas conferem o corpo e a cor marrom avermelhada característica. Estudos da Universidade de Maryland indicam que esses compostos possuem propriedades antioxidantes significativas, embora diferentes das encontradas no chá verde. O nível de oxidação no chá preto chega a 100%, enquanto no chá oolong varia entre 10% e 80%.Historicamente, o controle da oxidação permitiu que o chá preto fosse exportado da China para a Europa a partir do século XVII. Como as folhas oxidadas são mais estáveis e mantêm o sabor por mais tempo, elas sobreviviam melhor às longas viagens marítimas do que o chá verde. Hoje, a ciência moderna utiliza sensores de temperatura e umidade para garantir que a oxidação ocorra de forma precisa, otimizando o perfil sensorial da bebida.