又名制茶化学，研究各种茶类在加工过程中所产生的化学成分变化。茶叶加工在历史上虽然很早，但应用化学分析手段研究制茶原料中化学成分的变化，是在19世纪80年代才开始的。1886～1887年凯勒分析了不同时期鲜叶中灰分的含量；1890年可加尔从茶中分离出细菌，认为红茶发酵是细菌的作用；1893年巴德认为发酵是一种纯粹的化学变化，并无酶或微生物参与。至1900年巴德与南宁嘎都认为茶叶存在一种酶，以后被认为是一种氧化酶，从而对红茶的发酵才有较正确的解释。与此同时巴德对红茶制造过程中单宁的含量变化作了分析。19世纪以后，日本、中国、斯里兰卡等国都对红茶、绿茶制造过程中化学变化进行了研究，分析涉及的成分有水分、单宁、咖啡碱、粗蛋白、果胶质、粗纤维、脂肪、叶绿素、氧化酶及水浸出物等。20世纪由于现代分析技术的应用，茶叶加工化学的研究进展很快。对红茶加工过程中茶多酚的氧化机制、氨基酸、色素、芳香成分、生物碱、糖类等变化的研究，也更加深化，涉及的化学成分达数百种之多。

成茶品质的研究，也属于茶叶加工化学范畴。在同样的鲜叶原料基础上，不同加工技术措施，成茶品质差异很大。研究成茶品质，是控制加工过程中茶叶化学成分变化的依据，绿茶鲜叶的摊放与贮存（见绿茶化学）、红茶萎凋过程的化学变化（见红茶化学）、乌龙茶对鲜叶要求（见乌龙茶化学）等，都是针对形成茶类特征，提高茶叶品质所需要的化学变化所采取的相应技术措施。

茶叶加工化学研究目的是控制茶叶品质成分的变化能按茶类特征要求的化学反应途径实现。例如红茶发酵的温度与时间的控制，目的是使茶叶儿茶素的氧化过程中所产生的茶黄素、茶红素、茶褐素的比例协调，组成香气的芳香成分通过物质的转化能获得充分发挥。鲜叶原料的质量，是鲜叶的化学成分决定的（见茶树新梢化学成分）。