Η καφεΐνη αυξάνει τον ενεργειακό μεταβολισμό του εγκεφάλου και ανεβάζει τα ποσοστά σημαντικών ουσιών στο κεντρικό νευρικό σύστημα, ουσιών που λειτουργούν ως φορείς σημάτων (νευροδιαβιβαστές), συγκεκριμένα της ντοπαμίνης και της σεροτονίνης. Η ντοπαμίνη είναι απαραίτητη για να μπορούμε να κινούμαστε και να συντονίζουμε αποτελεσματικά τις κινήσεις μας. Επιπλέον, αυτός ο νευροδιαβιβαστής παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση των συναισθημάτων και της διάθεσής μας. Η σεροτονίνη έχει επίσης θετική επίδραση στη διάθεσή μας.
Πολλοί αθλητές παίρνουν καφεΐνη πριν από έναν αγώνα. Το κατά πόσον η καφεΐνη ενισχύει την αντοχή είναι ένα αμφιλεγόμενο ζήτημα, αλλά ορισμένοι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι η καφεΐνη ενεργοποιεί τη διαδικασία έκλυσης των αναλγητικών ουσιών του σώματος, των ενδορφινών, καθώς και των ορμονών που αλλοιώνουν την αντίληψη του πόνου.