Tiene un efecto semejante al de la cafeína en el sistema nervioso humano, pero menos potente.

El químico ruso Alexander Voskresensky descubrió la teobromina en el año 1841 en los granos del cacao.

El cacao en polvo puede contener diferentes concentraciones de teobromina, desde un 2% hasta niveles que rondan el 10%.

Esta molécula se puede encontrar en pequeñas cantidades en la nuez de kola (1‒2,5 %), la guaraná, Ilex paraguariensis, y la planta del té.

Por su efecto diurético y su habilidad vasodilatadora, la teobromina se ha usado para tratar la hipertensión arterial.

Tras su descubrimiento a finales del siglo XIX, esta molécula se empezó a usar en 1916, cuando fue recomendada por la publicación Principles of Medical Treatment como un tratamiento para el edema (retención de líquidos en ciertas partes del organismo) y otros problemas.

Sin embargo, la teobromina es tóxica para ciertos animales domésticos, como perros y gatos en concentraciones ingeridas a partir de 80 mg/kg de peso, lo que les ocasiona arritmias cardíacas y convulsiones, e incluso la muerte del animal.