茶树全部根的总体称根系，它由主根、侧根、吸收根和根毛组成。种子萌发时，胚根最先突破种皮，发育生长为中轴根，称为主根，它具有向地性，可深入地下1m左右。由主根上发生的侧根，称一级根，着生在一级根上的是二级根，依此类推。主根和一、二级侧根构成根系的骨架，称骨干根，这类根粗长、色深，寿命长，起固定、输导、储藏营养物质等作用。由于主根“根深蒂固”，在茶树抵御旱、寒害方面起着重要作用。据研究，主根发达的成年茶树在40～80cm土壤深度范围内的根系干重占全部根重的36%左右，承担着43.8%的吸收水分的任务。因此，在高温干旱的夏季，当土壤相对含水率低于60%，叶温高于40℃时仍不会导致严重旱害；同样在北部或高山茶区，冬季即使表土层冰冻，也不至影响到对水分的吸收。但当土壤相对含水率高于90%时，由于根系有氧呼吸受到抑制，茶树会窒息死亡。
主根和侧根上着生的最细小的根称吸收根。吸收根色白，寿命短，有的可发育成侧根。此外，按其发根部位和性状分为定根和不定根。从主根和侧根上分生的根称为定根，从茎、枝上分生的根称为不定根。扦插、压条等繁殖体的根就是不定根，由于没有主根，根系的活动范围在30cm左右，抗旱、寒性差，故没有主根的扦插苗一般不适宜在自然条件差的地方种植。
根主要有碳、氮两类化合物。碳水化合物除少量多酚类（约1%～2%）外，最主要的是淀粉和双糖。氮化合物主要是蛋白质、氨基酸和咖啡碱等。咖啡碱含量只有0.2%～0.5%。氨基酸包括天门冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸、茶氨酸等。尤以茶氨酸含量最高，它是地上部生长的重要氮源。近期的研究表明，茶氨酸是在根部由谷氨酸和乙胺在茶氨酸合成酶的参与下形成的，它是茶树特有的，在许多特性中起着重要的作用。
