Le metilxantine sono delle sostanze organiche la cui struttura è riconducibile ad una molecola di xantina a cui sono legati uno o più gruppi metile (CH3). Tali sostanze si distinguono l'una dall'altra dal numero e dalla posizione dei gruppi metile.

Esempi di metilxantine sono:
Altri esempi di metilxantine sono la 1-7-metilaxantina (o paraxantina), la 1-metilaxantina e la 7-metilxantina, che sono prodotte dalla metabolizzazione epatica della caffeina.
Le metilxantine sono sostanze alcaloidi che hanno un effetto stimolante ed eccitante sul sistema nervoso centrale. Agiscono inoltre sul sistema cardiovascolare e sul sistema endocrino. Tali sostanze sono responsabili della "voglia di cioccolato".