茶樹全部根的總體稱根系，它由主根、側(cè)根、吸收根和根毛組成。種子萌發(fā)時，胚根最先突破種皮，發(fā)育生長為中軸根，稱為主根，它具有向地性，可深入地下1m左右。由主根上發(fā)生的側(cè)根，稱一級根，著生在一級根上的是二級根，依此類推。主根和一、二級側(cè)根構(gòu)成根系的骨架，稱骨干根，這類根粗長、色深，壽命長，起固定、輸導(dǎo)、儲藏營養(yǎng)物質(zhì)等作用。由于主根“根深蒂固”，在茶樹抵御旱、寒害方面起著重要作用。據(jù)研究，主根發(fā)達的成年茶樹在40～80cm土壤深度范圍內(nèi)的根系干重占全部根重的36%左右，承擔(dān)著43.8%的吸收水分的任務(wù)。因此，在高溫干旱的夏季，當(dāng)土壤相對含水率低于60%，葉溫高于40℃時仍不會導(dǎo)致嚴(yán)重旱害；同樣在北部或高山茶區(qū)，冬季即使表土層冰凍，也不至影響到對水分的吸收。但當(dāng)土壤相對含水率高于90%時，由于根系有氧呼吸受到抑制，茶樹會窒息死亡。
主根和側(cè)根上著生的最細小的根稱吸收根。吸收根色白，壽命短，有的可發(fā)育成側(cè)根。此外，按其發(fā)根部位和性狀分為定根和不定根。從主根和側(cè)根上分生的根稱為定根，從莖、枝上分生的根稱為不定根。扦插、壓條等繁殖體的根就是不定根，由于沒有主根，根系的活動范圍在30cm左右，抗旱、寒性差，故沒有主根的扦插苗一般不適宜在自然條件差的地方種植。
根主要有碳、氮兩類化合物。碳水化合物除少量多酚類（約1%～2%）外，最主要的是淀粉和雙糖。氮化合物主要是蛋白質(zhì)、氨基酸和咖啡堿等。咖啡堿含量只有0.2%～0.5%。氨基酸包括天門冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸、丙氨酸、茶氨酸等。尤以茶氨酸含量最高，它是地上部生長的重要氮源。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參與下形成的，它是茶樹特有的，在許多特性中起著重要的作用。