I gruppi funzionali presenti nella caffeina sono ammine, ammidi e un gruppo alchenico. Confrontando un elenco di gruppi funzionali con la struttura della caffeina, è possibile trovare un alchene, due ammidi e due ammine.
I quattro atomi di azoto nella molecola della caffeina provocano o ammine o gruppi ammidici a seconda che siano legati o meno a un carbonile, che è un atomo di carbonio con un doppio legame a un atomo di ossigeno. I gruppi amminici consistono in qualsiasi atomo di carbonio legato ad un azoto, purché l'atomo di carbonio non faccia parte di un carbonile, nel qual caso si tratta di ammidi. Gli alcheni sono due atomi di carbonio con un doppio legame tra di loro, che può essere visto nel punto in cui i due anelli di caffeina si incontrano.
