茶树的叶肉位于上、下表皮之间，是同化的薄壁组织，是光合作用的主要基地。它由栅栏组织、海绵组织以及分散其间的硬化细胞（石细胞）、草酸钙结晶等组成。

（1）栅栏组织：紧靠上表皮，是由1～3层竖状长柱形细胞组成，一般乔木大叶茶为1～1.5层，灌木中、小叶茶为2～3层，少数3.5层。细胞表面有叶绿体，叶绿体具有片状结构，在片状结构中又分为基粒片层和基质片层。叶绿素集中分布在片层之间，尤在基粒片层最密。基粒片层的层数与光合作用功能有关，一般大叶类茶树片层60～100层，中、小叶类茶树29～40层，这与进化过程中大叶类茶树多处于原始森林的荫蔽条件下，光照强度小于中小叶茶树有关。中、小叶类茶树上表皮细胞排列紧密，栅栏组织多为2～3层，使茶树的抗寒和抗旱性强于南方大叶类茶树。

（2）海绵组织：紧靠栅栏组织下方，由一些椭圆形薄壁细胞所组成。是叶片代谢产物如茶多酚、维生素、糖类、生物碱等的仓库。海绵细胞内也有叶绿体、线粒体等，它们是多种氧化酶的载体。在茶叶加工过程中，当液胞受到挤压，茶多酚外渗与叶绿体、线粒体中的多酚氧化酶发生氧化，变为儿茶素邻醌（黄色），再继续氧化成为茶黄素（橙黄色），茶黄素氧化产生茶红素（红色），茶红素进一步氧化并与氨基酸等物质聚合，最后形成了茶褐素（暗褐色），这是红茶加工过程中的生化反应。海绵组织比例大，所包含的茶多酚和多酚氧化酶亦多，有利于红茶品质的形成，这是大叶茶资源适制红茶的生化基础。

（3）硬化细胞：多处在海绵组织中，亦有伸展至上、下表皮组织内的，起着支撑作用，它有树根形、星形、骨形、纺锤形、短柱形等。硬化细胞的有无和形态与茶树进化程度有关，一般进化程度较低的野生型乔木大叶茶数量较多，且多呈树根形或星形，导致叶质硬脆；进化的灌木型中、小叶茶很少有硬化细胞，且多呈短柱形或骨形，叶质相对柔软。