演化是茶樹形態特征、生理特征、代謝類型、利用功能在地理環境變遷和人類活動影響下所發生的連續的和不可逆轉的變化。
茶樹的演化，連續的和不可逆轉的變化
茶樹起源大約在漸新世。起源地處在云貴高原的主題部分。
由于地勢升高以及冰川和洪積的出現，形成了斷裂的山間谷地，使本屬同一氣候區的地方出現了垂直氣候帶，即熱帶，亞熱帶和溫帶，茶樹亦被迫出現同源分居。
再由于各自在不同的地理環境和氣候條件下，經過漫長的歷史過程，茶樹的形態結構、生理特征、物質代謝等都逐漸改變，以適應新的環境。
如位于熱帶雨林中的茶樹，形成了喜高溫高濕、耐酸耐陰的喬木或小喬木大葉型形態；位于溫帶氣候條件下的，則形成具有耐寒耐旱的特性，茶樹朝灌木矮叢小葉方向變化。處于亞熱帶的，形態特征和生理特征介于兩者之間。
上述變化在人類引種、選擇、雜交等的參與下加快了進程，終致形成了千差萬別的生態型，這也是云南等地現今同時存在喬木、小喬木大葉和灌木中小葉茶樹的原因。
主要表現在樹型有喬木變向小喬木型和灌木型，樹干由中軸變為合軸，葉片由大葉到小葉，花冠由大到小，花瓣由叢瓣到單瓣，果由多室到單室，果殼由厚到薄，種皮由粗糙到光滑，酚/氨由大到小，花粉壁紋飾由細網狀到粗網狀，葉肉硬化細胞由多到少等。
茶樹性狀演化是不可逆轉的，如灌木中小葉茶樹即使生長在熱帶雨林條件下也不會出現喬木大葉茶樹的特征特性。
野生型茶樹
亦稱原始型茶樹。在系統發育過程中具有原始的特征特性；喬木、小喬木樹型，嫩枝少毛或無毛；芽葉中氨基酸、茶多酚、兒茶素、咖啡堿等俱全，茶氨酸和酯型兒茶素含量偏低，苯丙氨酸偏高；成品茶多數香氣低沉，滋味淡薄，缺乏鮮爽感。
長期生長在特定的相對穩定的生態條件下，且多與木蘭科、殼斗科、樟科、桑科、樺木科、山茶科等常綠寬葉林混生。由于保守性強，人工繁殖、遷徙成功率較低。但較少罹生病蟲害。
植物學分類多屬于大廠茶、大理茶、厚軸茶、老黑茶等，代表的古茶樹有師宗大茶樹、巴達大茶樹、法古山箐茶、屏邊老黑茶等。
栽培型茶樹
亦稱進化型茶樹，主要特征特性為：灌木、小喬木樹型，樹姿開張或半開張，嫩枝有毛或無毛。
芽葉中氨基酸、茶多酚、兒茶素、咖啡堿等俱全，茶多酚含量多在15%~25%，氨基酸在2%~6%，氨基酸和酯型兒茶素含量較高，苯丙氨酸偏低。
栽培型茶樹是在長期的自然選擇和人工栽培條件下形成的，變異十分復雜，它們的形態特征、品質、適合性和抗性差別都很大。
就主體特征看，在植物學分類上多屬于茶、普洱茶和白毛茶，代表的栽培品種有鳩坑種、勐庫大葉茶、樂昌白毛茶等。
從野生型和栽培型茶樹的形態特征差異以及它們之間的漸進過程和分布廣度推測，現今的栽培種主要是有大理茶等演變而來的。
從形態特征的相似性和生長區域的相同性來看，普洱茶與大理茶的親緣關系比茶更親近，也即先有普洱茶再有茶，茶應是普洱茶的變種。這種關系顛倒的原因是由于在茶樹的分類史上先有“sinensis”，再有“assamica”之故。