カフェインの半数致死量 (LD₅₀) は一般に約200mg/kgと言われているが、個体差があり、年齢やカフェイン分解酵素（CYPやモノアミンオキシダーゼ）の活量や肝機能に違いがあるため、5g - 10gが致死量と考えてよい。中毒症状発現量と致死量の差が狭く、生物に対する毒性は強いとされるが、ごく普通に身近に存在し、さまざまな用途や場面で人体に摂取されている。これは猫などの一部の生物や哺乳類に対する毒性は極めて強いが、ヒトに対しての毒性は低いためである。
カフェインはアデノシン受容体に拮抗するために覚醒作用を起こす。神経細胞へ直接刺激するのではなく、脳中枢の抑制回路を弱めることで覚醒作用を起こすため、覚醒剤と違って間接的である。心筋や骨格筋を刺激し、運動機能を亢進する働きがある。腎血管を拡張させ、尿細管での水分の再吸収を抑制するので、利尿作用を起こす。また、膀胱括約筋に取り付いてその作用を抑制しているアデノシンの働きを、カフェインが妨害するために頻尿になるという説もある。カフェインを摂取してから血中濃度が最高に達するまでは0.5 - 2時間、血中消失半減期は4.5 - 7時間である。
摂取を中断した場合の離脱症状としては頭痛が一般的であり、12 - 48時間以内に出現し、2 - 4日以内に消退する。他の症状としては眠気、集中力の減退、疲労感、不安、抑うつ、運動遂行能力の低下、発汗、吐き気(嘔気)、カフェイン摂取の渇望などがある。禁断性の片頭痛に対しては鎮痛薬で対応できるが、通常短期間（数日）のうちにすべて治まる。一般医薬品の頭痛薬にはカフェインも含まれている場合がある。DSM-IV-TRでは、実際にデータが集まってきてはいるものの離脱の診断名は用意していない。言い換えれば、より以前のDSM-IIIには、カフェインをなしにするのが困難となるのはごく少数なので、診断分類はないとしている。しかし、離脱中の日中の眠気などカフェイン誘発性過眠症については記載されている。カフェイン離脱は、DSM-5における診断名である。
カフェインの強迫的な使用は、ほぼ無害であるため、ほぼ正常の範囲である。DSM-IV-TRでは、強迫的な使用の兆候はあるが、実際に乱用や依存症を満たすほど深刻となるというデータが不足するため、診断名は用意されていない。100mg/day程度の摂取でもこうした傾向が起こることがある。市販の鎮痛薬に含まれるカフェインや他の成分の依存や離脱症状が薬物乱用頭痛の発症に寄与する。
重症に至らず、中毒者の心身から不快感が消失したならば、経過観察と休養で良い。多くの場合、精神的、肉体的に過労状態となっていることが多いため、栄養を取って心身を休ませることが第一とされている。
重篤な状態に陥るのは、過量摂取などによって急性中毒を起こした場合である。カフェインには特異的な解毒剤や拮抗薬はないため、血中濃度を低下させる対症療法を行って時間と共に回復を待つ。重症で緊急を要する場合は救急病院に搬送後、集中治療室または冠疾患集中治療室にて全身管理を行い、各致死的症状に対応しなければならない。血液吸着および血液透析、胃洗浄が有効な場合もある。危機的中毒量を摂取している場合、全身痙攣や重度の不整脈、精神運動の過剰亢進で錯乱や過呼吸を起こしていることが多い。まず横隔膜の痙攣による呼吸不全を防ぐため、筋弛緩剤やバルビツール酸系薬の投与と酸素吸入で急速対応する。また、重い不整脈に対しては心拍を監視して心室細動に注意を払うほか、各精神症状を緩和する。中毒患者にとってはこの症状が最も不快であることが多く、興奮や不安などの症状にはジアゼパム静注などで緩和すると良い。それでも十分な効果を得られない場合は、ベンゾジアゼピンなどの追加投薬などで対応する。この際、ドパミン拮抗型の鎮静剤（抗精神病薬）は使用しない。バイタルが正常に戻り、医師が大丈夫と判断した場合は対症療法は終了するが、入院して十分に体を休め、点滴静注で栄養補給や心身のバランスを整える。
精神障害に分類されるカフェイン中毒 (intoxication) について記す。250mg/day以上の摂取では、焦燥感、神経過敏、興奮、不眠、顔面紅潮、悪心、頻尿、頻脈などの症状が現れることがあるが、この量はDSM-IV-TRにおけるカフェイン中毒の診断基準Aであり、これらの症状を5つ以上満たすのが診断基準Bである。しかし、さらに診断基準Cの著しい苦痛や社会や職業的な機能の障害があるという、重症な場合がカフェイン中毒である。世界保健機関による『ICD-10 第5章:精神と行動の障害』ではF15.0カフェインや他の精神刺激薬による急性中毒で、診断基準はない。
母はエキドナ、父はその子オルトロスとも、テューポーンともいわれる。エピメニデースによるとネメアーの獅子を生んだのはセレーネーであり、恐ろしい身震いをしたときに地上に降ってきたという。またヒュギーヌスによるとセレーネーはネメアーの獅子を2つの入り口がある洞窟で育てた。ヘーラクレースの最初の難行はこのネメアーの獅子を殺して毛皮を持ち帰る事だった。ヘーラクレースは矢を撃ち、次いで棍棒で殴ったが毛皮には傷一つつかなかった。ヘーラクレースは3日間獅子の首を締め上げて獅子を殺した。獅子の皮は獅子の足の爪で引き裂かれてヘーラクレースの服にされ、肉は食べられたという。その後、ネメアーの獅子は動物の王としてゼウスによって空に上げられ、星座の一つである「獅子座」になったと言われている。またネメアーの獅子の毛皮に包まれた者は不死を授かるという伝説も生まれた。アイスキュロスの現存しない悲劇『トラーキアの女たち』では、トロイア戦争の英雄大アイアースは幼いころにヘーラクレースによって毛皮でくるまれて不死を授けられたが、ヘラクレスが矢筒を身に着けていたせいで脇腹だけ毛皮が触れず、その部分だけ不死にならなかったと伝えられている。通常のライオンよりも大柄、洞窟を住居とする、単独生活など推察されているヨーロッパホラアナライオンの生態と共通点が目立つ。