氧化
茶垢的形成原因主要與氧化有關。茶垢的主要成分包括被氧化的茶多酚、一部分金屬鹽以及少量茶湯中的成分及其氧化產物。茶多酚、茶黃素、茶紅素會在與空氣接觸的時候進行深度的氧化，直至出現茶褐素。茶褐素是一大類物質的總稱，往往結合有多糖、蛋白質而存在，是一種高聚產物。
水中的金屬離子比如鈣、鎂等等也會結合在這些累積的成分中，從而越來越厚，顏色也越來越深，久而久之也就形成了我們所說的茶垢。此外，茶垢的成分對微生物的繁殖是有利的，可能會滋生黴菌。如果在茶垢形成的過程中，有一次或幾次我們喝的水裡出現了重金屬，那麼就有極大的機率被吸附在茶垢中。
茶垢的量與茶湯中的茶多酚含量含正相關，即綠茶>黃茶>青茶>紅茶。因此，沒喝完的茶或者放置時間較長的茶水暴露在空氣中，茶葉中的茶多酚與茶鏽中的金屬元素就會發生氧化，生出褐色茶鏽，俗稱茶垢，附著在杯子內壁。