Regelbunden koffeinkonsumtion förändrar hjärnans kemiska sammansättning, vilket leder till abstinenssymptom som trötthet, huvudvärk och illamående vid försök att sluta. Koffeinabstinens inkluderades officiellt som en mental störning i den 5:e upplagan av Diagnostic and Statistical Manual of mental disorders (DSM) år 2013. Koffein verkar genom att strukturellt likna adenosin, blockera dess receptorer i hjärnan och förhindra känslan av trötthet, samtidigt som det förstärker andra naturliga stimulantia. Långvarig koffeinkonsumtion får hjärnan att utveckla fler adenosinreceptorer, vilket leder till tolerans och mer uttalade abstinenssymptom när intaget upphör. Koffeinberoende är relativt kortvarigt; symptom avtar inom 7-12 dagar när hjärnans adenosinreceptorer återgår till sina baslinjenivåer.