W kawie bezkofeinowej pozostaje niewielka ilość kofeiny, około 3%.
Istnieje kilka metod usuwania kofeiny z kawy, ale większość z nich polega na moczeniu zielonych ziaren kawy przez kilka godzin. Proces ten usuwa około 97% kofeiny, ale także większość cząsteczek smakowych. Węgiel aktywny następnie filtruje kofeinę z kąpieli, a ziarna moczą się, aby ponownie wchłonąć smak. Alternatywnie, początkową partię ziaren można zastosować do nasycenia kąpieli cząsteczkami aromatu, tak aby kolejne partie nie utraciły tych cząsteczek w procesie.
Określane nazwami takimi jak Swiss Water process, Pure Water process lub Mountain Water process, metody te nie wykorzystują chemikaliów do dekofeinizacji.
Procesy chemiczne są podobne i obejmują metodę pośrednią i metodę bezpośrednią.
W metodzie pośredniej przez ziarna krąży gorąca woda, która usuwa kofeinę i cząsteczki smakowe. Z kąpieli usuwa się ziarna, a wodę traktuje chlorkiem metylenu, który wiąże się z kofeiną. Podgrzanie wody do 114 stopni Fahrenheita (45.5 stopni Celsjusza) niszczy związek chlorku metylenu, który zabiera ze sobą kofeinę. Ziarna ponownie wchłaniają swój smak po ponownym wprowadzeniu do kąpieli. Nazywa się to metodą pośrednią, ponieważ ziarna kawy nigdy nie wchodzą w bezpośredni kontakt z chlorkiem metylenu.
Chlorek metylenu jest wysoce toksycznym czynnikiem rakotwórczym, ale łatwo ulega zniszczeniu w temperaturze 103.55 F (39.75 C). Kawa jest parzona w temperaturze ok. 200 F (93 C) i palona w temperaturze ok. 400 F (204 C). Badania pokazują, że wszelkie pozostałe pozostałości chemiczne spadają znacznie poniżej limitu FDA (Food and Drug Administration) ustalonego na 10 części na milion.
Metoda bezpośrednia jest stosowana w produktach, które twierdzą, że „kawa naturalnie bezkofeinowa”. Proces ten wykorzystuje octan etylu, naturalną cząsteczkę znajdującą się w niektórych owocach, która łatwo wiąże się z kofeiną. Metoda jest podobna do powyższej, z tym wyjątkiem, że ziarna nie są usuwane z kąpieli i wchodzą w bezpośredni kontakt z octanem etylu. Octan etylu wrze w 104 st. (40 st. C), a kąpiel jest przy tym podgrzewana. Octan etylu nie jest czynnikiem rakotwórczym.
Kofeina usunięta za pomocą chlorku metylenu i octanu etylu jest odsprzedawana stronom trzecim do wykorzystania w produktach konsumpcyjnych.
Niemiec Ludwig Roselius jako pierwszy opracował proces dekofeinizacji w 1900 roku. Swoją kawę określił jako „bez kofeiny”, którą później skrócił do „Sanka”, nazwy rozpoznawanej na całym świecie po przejęciu przez General Foods i rozpoczęciu jej sprzedaży w 1932.