Theobromine is een chemische stof, ook wel bekend als xantheose. Het is een alkaloïde. Het komt voor in de cacaoplant. Chemisch gezien lijkt het erg op cafeïne. Omdat de cacaoplant gebruikt wordt om chocolade te maken, komt het ook voor in chocolade. Ondanks zijn naam zit er geen broom in. De naam "theobromine" komt van het woord "Theobroma" als naam van het geslacht van de cacaoboom (dat zelf bestaat uit de Griekse wortels theo ("God") en brosi ("voedsel"), wat "voedsel van de goden" betekent) met het achtervoegsel "-ine" dat wordt gegeven aan alkaloïden en andere basische stikstofhoudende verbindingen.
Theobromine is een niet in water oplosbaar, kristallijn, bitter poeder. De kleur is wit of kleurloos. Het heeft een gelijkaardig, maar minder sterk effect als cafeïne, waardoor het een minder homoloog is. Theobromine is een isomeer van zowel theofylline als paraxanthine. Theobromine is gecategoriseerd als een dimethyl xanthine, wat betekent dat het een xanthine is met twee methylgroepen.
Theobromine werd eerst geïsoleerd uit de zaden van de cacaoboom in 1878 en werd kort daarna gesynthetiseerd uit xanthine door Hermann Emil Fischer.
Theobromine is giftig voor honden.
