如果一个人长期喝咖啡，大脑为了恢复接触咖啡因之前的平衡状态，就会主动做出一些适应性改变。由于脑细胞上原有的腺苷受体长期被咖啡因占据，导致腺苷受体相对数量不足，脑细胞会被迫“生成”更多的腺苷受体，以结合那些被咖啡因阻隔的腺苷分子。脑细胞发生适应性改变后，饮用等量的咖啡便无法达到以往的提神效果。
尽管进入脑内的咖啡因的绝对数量并没有改变，但由于腺苷受体增多，咖啡因的数量就显得不足，需要饮用更多的咖啡才能达到消除倦意、振奋精神的效果。可见，当大脑由于长期饮用咖啡发生了微妙的适应性改变后，如果突然停用咖啡，就会产生相应的戒断症状。
一般来说，长期饮用咖啡者在停用咖啡的12～24小时之后会觉得头痛、精神不振、心烦意乱、难以集中注意力，无法迅速做出反应，警觉性下降，对人对事缺乏耐心、急躁易怒；也可能会觉得疲乏无力，有人甚至怀疑自己感冒了。值得注意的是，头痛感是咖啡因戒断的标志性特征。头痛的表现形式多种多样，可能是说不出具体部位的弥散性的头痛，也可能是逐渐加重的头痛或“一跳一跳”的痛，还有些人表现为稍有运动就头痛。
大多数的人可以忍受咖啡因戒断引起的头痛，但也有人会感到这种头痛难以忍受，甚至有人把这种头痛描述为有生以来经历过的最严重的一次头痛。上述咖啡因戒断症状在停用咖啡后的一两天内达到高峰。如果不能及时补充咖啡因，咖啡因戒断症状可能会持续2～9天，而头痛最长可能会持续21天。