茶垢主要由茶葉中的茶多酚與空氣中的氧氣反應氧化而成，這一過程會生成難溶於水的鞣酐化合物。
茶多酚是一種性質活潑的物質，當它與水中的鈣、鎂等金屬離子結合時，會形成沉澱物，這些沉澱物粘附在茶杯、茶壺等茶具的內壁上，隨著時間的積累，逐漸形成茶垢。
此外，茶垢的形成還與水質有關，硬水中含有較高濃度的鈣、鎂離子，這樣的水沖泡茶葉更容易形成茶垢。茶垢的顏色通常為棕紅色，不僅影響茶具的美觀，而且茶垢中的某些成分如重金屬元素（鎘、鉛、汞、砷等）和亞硝酸鹽等可能對人體健康造成危害。這些物質進入人體後，可能與食物中的營養物質結合，形成難溶的沉澱，阻礙營養吸收，並可能引起消化系統、神經系統等的功能紊亂和病變。