U ludzi powstaje również w wątrobie, jako mniejszościowy produkt (10%) metabolizowania kofeinyGłówny produkt metabolizmu kofeiny w wątrobie człowieka to paraksantyna – 80%; ponadto powstaje też teofilina – 4%..
W stanie czystym jest białawym, gorzkim proszkiem o krystalicznej budowie, sublimującym w temperaturze ok. 295 °C. Jest trudno rozpuszczalna w wodzie, natomiast dobrze rozpuszczalna w chloroformie oraz eterze. Budowa teobrominy jest zbliżona do dwóch innych alkaloidów purynowych: kofeiny i teofiliny. Należy do szeregu metyloksantyn.
Działanie Teobromina wpływa na rozkład cAMP (c-3′,5′-AMP). Teobromina, jak również inne metyloksantyny, jest przede wszystkim inhibitorem kompetycyjnym fosfodiestrazy rozkładającej cAMP, w wyniku czego wzrasta stężenie wewnątrzkomórkowego cAMP, co z kolei przedłuża efekty hormonów działających na komórki obwodowe przez układ cyklazy adenylanowej.
Jest substancją pobudzającą czynność serca oraz rozszerzającą naczynia krwionośne.