茶湯變色的原因主要是由於茶湯中的多酚類物質被水中的氧氣氧化。這個過程會導致茶湯中的色素發生變化，從而使茶湯的顏色變深。不同類型的茶葉中含有的多酚類物質含量不同，因此茶湯變色的情況也會有所不同。例如，淺色茶湯中的多酚類物質較多，變色更為明顯；而紅茶或普洱茶的茶湯本身顏色較深，即使變色也不容易被察覺。此外，泡茶用水中的鐵離子含量和水的pH值也會影響茶湯的顏色變化。鐵離子含量高或水呈鹼性時，茶湯更容易變色。
兒茶素是茶葉中多酚類物質的主要成分，約占70%，它在空氣中氧化後會形成黃棕色物質。兒茶素含量高的茶葉，其茶湯顏色通常較淺，因此在氧化後顏色變化更為顯著。黃酮類物質也是多酚類物質的一部分，它們在自然條件下呈黃綠色，並具有多種藥用價值。茶葉中的氧化聚合物，如茶黃素、茶紅素和茶褐素，是由兒茶素氧化轉化而來，它們是導致茶湯呈深色的重要因素。
茶湯的顏色還受到反光率、濃度和雜質的影響。反光率決定了茶湯的光澤，濃度影響顏色的飽滿度，而雜質則影響茶湯的清澈度。茶多酚及其氧化物是茶湯中的主要呈色物質，它們在加工和儲存過程中會發生化學反應，導致茶湯顏色變化豐富多樣。不同發酵程度的茶葉加工工藝不同，因此各大茶類的茶湯顏色差異較大。