茶叶具有直接杀灭和抑制有害微生物的作用。据国内外科学家的大量实验结果，茶叶中的儿茶素类化合物和茶黄素类化合物对许多肠道有害细菌都有很强的抑制作用。陈宗懋等总结了国内外大量茶叶抑制肠道有害微生物生长和防治的实验结果，总结出绿茶中的儿茶素类化合物及红茶中的茶黄素类化合物对肠道中有害微生物的最小发育阻止浓度（MIC）大多为400～500微克／克，也有部分大于1000微克／克。如果每天饮茶3～5克，就会有200～350毫克的ECC和EGCG进入体内，虽然在进入肠道前有部分会被分解，但至少会有100毫克茶多酚的ECC和EGCG进入肠道，这个剂量远高于上述MIC浓度，所以茶叶中的有效成分具有中和有害细菌所产生的毒素的作用。
茶叶对肠道中有益微生物的生长和繁殖具有促进作用。在有益细菌中，双歧杆菌是最主要的一类细菌。茶叶中的有效成分对双歧杆菌有促进生长和繁殖的功效。日本曾对8名（男女各4名，年龄为22～48岁）健康志愿者进行实验，实验期间，每天服用1.2克茶多酚，连续28天，在实验前和实验进行中以及实验结束后连续取粪便进行分析，结果表明，服用茶多酚后，有害细菌数量有明显下降，有益细菌数量有所上升。粪便pH值明显下降，这就增强了肠道的蠕动，抑制了肉毒杆菌等有害细菌的生长发育。肠道内醋酸、丙酸、丁酸等挥发性短链脂肪酸含量有明显增加，这也反映了肠道内乳酸菌等有益微生物的数量在增加。另外，肠道中吲哚、乙酚、甲基吲哚、对甲酚和氨等有害细菌的代谢产物有明显减少，同时发现实验人群的排便也较对照组人群正常。因此，茶叶中有效成分可以明显改善肠道微生物的结构，增强肠道的免疫功能。
各种实验还表明，茶对致龋细菌、肉毒芽孢杆菌、肠炎杆菌、金黄色葡萄球菌、荚膜杆菌、蜡样芽孢杆菌、志贺氏细菌、艾滋病毒等也有显着的抑制作用。