Schokolade enthält etwa 380 verschiedene bekannte Chemikalien. Eine der charakteristischsten Chemikalien in Schokolade ist Theobromin, das in seiner Struktur dem Kaffee ähnelt und auf den menschlichen Körper wie eine schwächere Form davon wirkt. Schokolade enthält auch Phenylethylamin, eine Chemikalie, die mit Amphetamin verwandt ist, und Chemikalien, die Opioiden ähneln.
Theobromin ist eines der Methylxanthine, die in Schokolade enthalten sind. Es ist ein Stimulans und kann für medizinische Zwecke verwendet werden, einschließlich der Behandlung von Bluthochdruck und Ansammlung von Körperflüssigkeiten. Es kann in großen Dosen auch giftig oder tödlich sein und wirkt als Neurotoxin, das Herz-, Nieren- und Nervensystemprobleme verursacht. Es ist besonders schädlich für Hunde und Tiere, die Theobromin langsam verstoffwechseln. Je dunkler und reiner die Schokolade, desto höher ist in der Regel der Theobromingehalt, obwohl die Menge in einzelnen Kakaobohnen sehr stark sein kann.
Einige der in Schokolade enthaltenen Opioide sind die gleichen wie die im Körper natürlich vorkommenden und erzeugen mildere Formen der Wohlfühlwirkung, die mit THC und Marihuana verbunden ist. Forscher diskutieren, ob die in Schokolade gefundenen Mengen groß genug sind, um signifikant zu sein. Die Wirkung von Phenylethylamin in Schokolade kann ebenso wie Theobromin zu Veränderungen des Blutdrucks und des Blutzuckerspiegels führen. Wegen seiner Verbindung mit Endorphinen wird Phenylethylamin manchmal als "Liebesdroge" bezeichnet.