Czekolada zawiera około 380 różnych znanych chemikaliów. Jedną z najbardziej charakterystycznych substancji chemicznych w czekoladzie jest teobromina, która ma podobną strukturę do kawy i działa na organizm ludzki jak jej słabsza forma. Czekolada zawiera również fenyloetyloaminę, która jest związkiem chemicznym związanym z amfetaminą i chemikalia przypominające opioidy.
Teobromina jest jedną z metyloksantyn obecnych w czekoladzie. Jest środkiem pobudzającym i może być stosowany do celów medycznych, w tym do leczenia wysokiego ciśnienia krwi i gromadzenia się płynów ustrojowych. Może również być toksyczny lub śmiertelny w dużych dawkach i działa jak neurotoksyna powodująca problemy z sercem, nerkami i układem nerwowym. Jest to szczególnie szkodliwe dla psów i zwierząt, które powoli metabolizują teobrominę. Zazwyczaj im ciemniejsza i czystsza jest czekolada, tym wyższe poziomy teobrominy, chociaż ilość w poszczególnych ziarenach kakao może bardzo dużo.
Niektóre z opioidów obecnych w czekoladzie są takie same jak te występujące naturalnie w ciele i powodują łagodniejsze formy efektów dobrego samopoczucia związanych z THC i marihuaną. Badacze debatują nad tym, czy ilości znajdujące się w czekoladzie są wystarczająco duże, aby były znaczące. Działanie fenyloetyloaminy w czekoladzie może powodować zmiany ciśnienia krwi i poziom cukru we krwi, podobnie jak teobromina. Ze względu na jego związek z endorfinami, fenyloetyloamina jest czasami nazywana "lekiem miłości".
