Kawa zawiera kofeinę, która jest rodzajem stymulanta, który zapobiega poczęciu senności i zwiększa poziom energii u danej osoby. Kofeina jest uważana za środek psychoaktywny należący do klasy stymulantów ksantenu . Jednak w przeciwieństwie do większości leków psychotropowych kofeina jest nieuregulowana i została sklasyfikowana przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków jako "ogólnie uważana za bezpieczną".
Początek senności spowodowany jest stopniowym spowolnieniem aktywności komórek nerwowych w mózgu, co z kolei jest spowodowane przez neuroprzekaźnik w mózgu zwany adenozyną, gdy wiąże się z receptorami adenozyny w mózgu. Akt wiązania aktywuje receptory adenozyny, które wyzwalają odpowiedź komórkową, która zwiększa senność.
Kofeina naśladuje adenozynę i może również wiązać się z receptorami adenozyny w mózgu. Jednak zamiast wzrastać senność, wiązanie kofeiny z receptorami adenozyny antagonizuje receptory. Oznacza to, że wiązanie kofeiny z receptorami adenozynowymi powoduje inną odpowiedź komórkową poprzez zwiększenie czuwania, a jednocześnie blokuje wiązanie prawdziwej adenozyny z receptorami adenozyny.
Dla większości ludzi skuteczna dawka kofeiny zwiększająca czujność i czuwanie wynosi około 100 do 200 miligramów, zauważa WebMD. 5-litrowa filiżanka kawy zawiera około 100 miligramów kofeiny, ale rzeczywista zawartość kofeiny może się różnić w zależności od siły użytej kawy.