Il meccanismo di azione della caffeina è alquanto differente da quella della cocaina e delle anfetamine. La caffeina blocca i recettori per l'adenosina A1 (in misura minore) e A2A. L'adenosina è un prodotto dell'attività cellulare, e la stimolazione dei recettori adenosinici produce sensazioni di stanchezza e il bisogno di dormire. La capacità della caffeina di bloccare questi recettori indica che i livelli degli stimolanti naturali, dopamina e noradrenalina, dovrebbero rimanere a livelli più alti.