1、茶树种质资源及遗传育种。 收集陕西省各栽培品种茶树种质材料，分析其主要特征成份的差异，判断其适制性，为茶叶的生产提供理论指导；引进全国各地具有代表性的茶树品种，建立茶叶种质资源圃，并对各品种进行系统评价，建立茶叶种质资源数据库，并运用生物技术与传统育种相结合的方法选育茶树新品种；研究茶树无性系良种的繁殖技术，为良种的推广奠定基础。
2、茶叶次级代谢产物研究。 研究茶树次级代谢产物及其形成与转化途径中的调控酶类，以进一步了解茶叶特征成分的形成机理并进行适当的调控；运用细胞工程和生化工程技术，研究和开发茶叶
生物活性成分；积极推动与药学、病理学等行业的技术协作和联合攻关，研究茶叶特征成份的药理功能，开发以茶叶为主的天然产物资源，扩展茶叶在其他领域的应用。
3、茶叶加工技术研究。 针对我省目前茶叶生产技术落后、名优茶所占比例低及经济效益不高等问题，加大力度研究和推广名优茶加工技术和茶叶机制技术； 结合陕南茶叶的特点，开发名优茶和有机茶，创立西北农林科技大学自己的名茶品牌，并对历史名茶进行恢复生产； 研究茶叶加工过程中发生的各种物理化学变化，籍此指导茶叶的生产。
4、有机茶栽培技术研究。茶叶研究所将结合生产实践，对影响茶叶品质和产量的主要因素进行系统研究，以期达到使茶叶真正增产增收的目的；针对国际市场对有机茶和优质茶的强烈需求，进行无公害茶园的栽培管理技术研究及生物防治技术、农残检测技术的研究。