Koffein (eller coffein) er et organisk stof der findes naturligt i kaffe, te, cola (kolanødder) og, i mindre mængder, i kakao. Kemisk set er det et xanthin alkaloid og dermed en purinbase. Puriner kendes som byggeelementer i RNA og DNA, hvor de findes som nukleotiderne adenin og guanin. Stoffets systematiske navn er 1,3,7-trimetylxantin, og sumformlen er C₈H₁₀N₄O₂. Stoffets molvægt er 194,2 g/mol.  Naturlige forekomster Koffein er det væsentligste, aktive stof i kaffe. Ud over indholdet i kaffebønner findes koffein også i flere end 60 andre planter, f.eks. i kolanødder, hvor det oprindeligt blev kaldt kolatin, og i te, hvor det oprindeligt fik navnet tein. Først da den kemiske struktur af molekylerne blev bestemt blev man klar over at det var det samme stof. Koffein er tæt beslægtet med theofyllin, der gives som astmamedicin, og med theobromin, der findes i kakaobønner. Koffein kan fås i tabletform, og i videnskabeligt kontrollerede placeboforsøg har det vist sig, at man foretrækker koffeintabletterne frem for placebotabletterne. Koffeinets virkning er altså ægte og kan registreres af den, som indtager stoffet. Efter bestemmelse af genomer kan forskere fastslå at kaffeplanten og kakaoplanten producerer koffein på to forskellige måder og kan dermed fastslå at de to planter ikke er evolutionært beslægtede, men at der er tale om parallel evolution.  Fysiologiske virkninger Koffeinets opkvikkende virkning stammer i første række fra, at det binder sig til adenosinreceptorerne i hjernen. Forsøg med knockoutmus har vist, at opkvikningen virker gennem adenosin-2A receptor-undertypen, mens adenosin-1 receptoren ikke på samme måde bliver påvirket. Den dæmpning af impulsgennemgangen, som kroppens eget adenosin skulle have fremkaldt, finder altså ikke sted, og det opleves som øget friskhed. Desuden bindes koffein til de såkaldte ryanodinreceptorer i det sarkoplasmatiske retikulum, hvad der fremkalder en frigivelse af calcium til blodbanen fra depoter i cellemellemrummene. Koffeinets afstressende virkning er frembragt af det endocannabinoide system via CB1-receptore og er impliceret i de psykoaktive egenskaber af koffein og i evnen af koffein til at reducere de patologiske konsekvenser af stress. Eksperimentelle resultater viste, at kronisk koffein-forbrug øger følsomheden af striatale GABAerge synapser til stimulering af cannabinoid CB1-receptorer. Det endocannabinoide system er involveret i de psykoaktive virkninger af mange forbindelser, og adenosin A2A-receptorer, det væsentligste receptor-mål af koffein, fremkalder en eftergivende virkning i retning af CB1-receptorer, hvilket antyder, at A2A-CB1-receptor-interaktion spiller en stor rolle i dannelse og vedligeholdelse af koffein-bestyrkende adfærd.