Sôcôla chứa khoảng 380 chất hóa học khác nhau đã biết. Một trong những hóa chất đặc biệt nhất trong sô cô la là theobromine, có cấu trúc tương tự như cà phê và ảnh hưởng đến cơ thể con người giống như một dạng yếu hơn của nó. Sôcôla cũng chứa phenylethylamine, một hóa chất liên quan đến amphetamine và các hóa chất tương tự như opioid.
Theobromine là một trong những methylxanthines có trong sô cô la. Nó là một chất kích thích và có thể được sử dụng cho các mục đích y tế, bao gồm điều trị huyết áp cao và tích tụ chất lỏng trong cơ thể. Nó cũng có thể gây độc hoặc gây chết người với liều lượng lớn và hoạt động như một chất độc thần kinh gây ra các vấn đề về tim, thận và hệ thần kinh. Nó đặc biệt có hại cho chó và động vật chuyển hóa theobromine chậm. Thông thường, sô cô la càng sẫm màu và càng nguyên chất thì hàm lượng theobromine càng lớn, mặc dù số lượng trong từng hạt ca cao có thể rất lớn.
Một số opioid có trong sô cô la cũng giống như những chất opioid được tìm thấy tự nhiên trong cơ thể và tạo ra các dạng nhẹ hơn của các hiệu ứng dễ chịu liên quan đến THC và cần sa. Các nhà nghiên cứu tranh luận liệu số lượng tìm thấy trong sô cô la có đủ lớn để đáng kể hay không. Tác động của phenylethylamine trong sô cô la có thể gây ra những thay đổi đối với huyết áp và lượng đường trong máu giống như theobromine. Do liên kết với endorphin, phenylethylamine đôi khi được gọi là "ma túy tình yêu".
