La théophylline agit comme une base de Bronsted. En effet, il peut donner une paire d’électrons à un proton (H+). L'atome d'azote dans le cycle imidazole de la théophylline est le site le plus basique et est responsable de sa basicité de Bronsted. Lorsque la théophylline donne une paire d'électrons à un proton, celui-ci devient protoné et forme une espèce chargée positivement appelée acide conjugué.

La basicité de Bronsted de la théophylline est importante pour son activité pharmacologique. La théophylline est utilisée comme bronchodilatateur, ce qui signifie qu'elle détend les muscles des voies respiratoires et facilite la respiration. On pense que cet effet est dû à la capacité de la théophylline à inhiber l’action d’une enzyme appelée phosphodiestérase, qui décompose l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc). L'AMPc est un deuxième messager impliqué dans la régulation de nombreux processus cellulaires, notamment la contraction musculaire. En inhibant la dégradation de l'AMPc, la théophylline peut augmenter les niveaux d'AMPc dans les cellules, ce qui peut entraîner un relâchement des muscles des voies respiratoires.

La basicité de Bronsted de la théophylline est également importante pour sa pharmacocinétique. La théophylline est absorbée par le tractus gastro-intestinal et distribuée dans tout le corps. Il est largement métabolisé par le foie et excrété dans les urines. La basicité de Bronsted de la théophylline affecte son absorption, sa distribution et son excrétion. Par exemple, la basicité de Bronsted de la théophylline la rend plus susceptible de se lier aux protéines du sang, ce qui peut réduire sa distribution dans les tissus.