Como plantas recolectoras de hojas, los árboles de té muestran requisitos nutricionales únicos, diferentes de los del maíz y otros cultivos de campo. Sin embargo, los efectos de la aplicación de nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) en la acumulación de compuestos relacionados con la calidad y los mecanismos subyacentes de cómo los nutrientes afectan el metabolismo de las hojas de té no han sido bien dilucidados. Aquí, se aplicaron fertilizantes con diferentes ratios de N, P, K a plantas de té en experimentos en macetas, y se realizó un análisis metabolómico basado en cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) combinado con detecciones estadísticas multivariadas y cuantitativas para evaluar las respuestas de compuestos relacionados con la calidad a NPK en hojas de té. Una proporción aumentada de P y K fue beneficiosa para la acumulación de carbohidratos y catequinas en los brotes, aunque el contenido total de carbono no aumentó significativamente. Por el contrario, una alta proporción de entrada de P y K redujo el contenido relativo de clorofila en los brotes, y los contenidos de aminoácidos libres como la teanina y el ácido glutámico correlacionaron negativamente con el contenido de nutrientes de P y K. Además, el metabolismo del ácido málico en el ciclo del ácido tricarboxílico fue altamente promovido al aumentar la aplicación de P y K. Estos resultados validan nuestra sugerencia de que la aplicación de grandes cantidades de P y K en plantaciones de té induce la redistribución sesgada de fotosintatos y carbohidratos hacia la vía de las catequinas al promover el metabolismo del ácido málico en los brotes jóvenes de té, lo que afecta aún más la calidad del té. Los resultados de este estudio proporcionan bases teóricas para la mejora de la calidad del té mediante la optimización de las estrategias de fertilización.