La L-théanine est un acide aminé non-protéinogène, présent en quantités significatives uniquement dans Camellia sinensis (le théier) et quelques champignons. Le matcha en contient particulièrement, grâce à l'ombrage des feuilles avant récolte.
Des études en EEG (Nobre et al. 2008, Owen 2008) ont montré que la L-théanine augmente l'activité des ondes alpha (8-12 Hz), associées à la vigilance détendue — l'état observé en méditation ou en flow créatif. Combinée à la caféine (ratio naturel du thé), elle améliore l'attention sans les effets secondaires de la caféine seule (nervosité, accélération cardiaque).