Nghiên cứu về tác động của caffeine lên não chỉ ra rằng việc tiêu thụ caffeine có thể giảm lượng chất xám trong não của con người. Tuy nhiên, điều này không ngụ ý rằng caffeine mang lại hậu quả tiêu cực cho não mà nó chỉ liên quan đến tính mềm dẻo của não. Điều này ám chỉ khả năng thay đổi các mạng lưới thần kinh trong não thông qua sự tăng trưởng và tái tổ chức nơron thần kinh.
Não của chúng ta chứa cả chất xám và chất trắng, mỗi phần đều có chức năng riêng. Caffeine có thể giảm khối lượng chất xám, nhưng cũng có tác dụng bảo vệ thần kinh và làm chậm quá trình giảm nhận thức liên quan đến các bệnh như Alzheimer hay Parkinson.
Để tiến hành nghiên cứu, 20 tình nguyện viên đã uống 3 viên caffeine mỗi ngày trong 10 ngày, sau đó uống giả dược trong 10 ngày tiếp theo. Kết quả cho thấy việc tiêu thụ caffeine làm giảm đáng kể lượng chất xám trong não, trong khi việc uống giả dược không có hiệu ứng tương tự. Điều này cho thấy hiệu ứng giảm chất xám do caffeine gây ra và không liên quan đến giấc ngủ.
Caffeine chủ yếu ảnh hưởng đến vùng thuỳ thái dương trung gian bên phải của não, nơi đó chịu trách nhiệm về trí nhớ và nhận thức không gian. Mặc dù gây giảm chất xám, nhưng hiệu ứng này là tạm thời và chất xám có thể được phục hồi nhanh chóng sau khi ngừng tiêu thụ caffeine. Có nhiều nghiên cứu sẽ được thực hiện để tìm hiểu rõ hơn về tác động của caffeine lên não. Carolin Reichert, người dẫn đầu nghiên cứu, cho rằng sự khác biệt này có thể xuất phát từ việc tập trung nghiên cứu vào những người trẻ và khỏe mạnh, so với các nghiên cứu trước đó tập trung vào người lớn tuổi có dấu hiệu suy giảm nhận thức.