Le metilxantine, come la teofillina, teobromina e la caffeina sono impiegate in alternativa o in supporto agli agonisti β2 adrenergici. Il principio d'azione delle metilxantine è l'inibizione delle fosfodiesterasi e conseguente accumulo intracellulare di cAMP e di cGMP. Livelli elevati di cAMP sono responsabili della broncodilatazione. Tali composti sono divenuti via via in disuso a causa degli effetti collaterali cardiovascolari/nervosi (tachicardia, ipertensione, agitazione, tremore) e del miglior profilo terapeutico dei farmaci come il salmeterolo e formoterolo.