茶的用字从“荼”到“茶”有着其客观的科学逻辑，类似的文字演变也有“穀”和“榖”，只相差一笔。竺可桢在研究“中国近五千年来气候变迁”时，指出商末周初之后西安、安阳、历城一线逐渐由亚热带气候变成温带气候，而茶树是典型的热带、亚热带植物，以亚热带环境为佳。我国的文字记载是由秦始皇和唐明皇两次代表性的“书同文”形成的，秦汉之前的文字记载多是汉代依秦文整理出来的，秦国统一后进行“书同文”时中国的核心区已经是温带气候。《春秋》中以不常见记载了一次“木雨冰”即“冰凌”现象，而冰凌现象在湿度宜茶的茶叶主产区属于冬季常见现象，比如武夷山桐木关附近冬季时每天均可看到。三国、两晋、南北朝时期才逐渐由北向南开发成熟淮河流域、长江流域和岭南流域，中国文明的核心区再次覆盖到茶叶的主产区是“荼”字演变出“茶”字的科学逻辑。
1“荼”字和神农氏、炎帝、黄帝的关系简述
研究“荼”字的产生、发展、演变需要参考神农氏、炎帝、黄帝的相互关系。神农氏和炎帝有两种说法：一种说法是同一人，另一种说法神农是一个部落名称，炎帝是一个人。“荼”字和神农氏、炎帝、黄帝的关系可简略总结如下。
1.1神农氏代表特征之一是发现、利用、推广了“荼”
“神农尝百草，日遇七十二毒，得荼而解之。”是真实性较强、较早的神话传说，说明在有巢氏、燧人氏、伏羲氏、神农氏等十二天皇时期，神农氏的部落优势之一就是会利用“荼”，也成为部落联盟领袖“皇”的最后一任。炎帝可能是神农氏最后一任部落首领，也可能是黄帝部落联盟的首任首领。
神农部落的核心定居地原本在今河南省商丘，比较有名的定居地曾有神农架和长沙，最后的核心定居地是湖南省的荼陵县。《史记》记载：“神农氏葬长沙”、“帝崩长沙之茶乡，康乐乡即茶乡也。炎陵庙在康乐乡鹿原陂上……帝病，告以当葬南方……”《路史》记载：“吕覧亦曰：‘神农七十世有天下’。”、“神农氏盖宇于沙，是为长沙崩，葬长沙茶乡之尾，是曰茶陵。”《郡国志》记载：“炎帝神农氏，葬长沙，长沙之尾，东至江夏，谓之沙羡。今郡有万里沙祠，故曰长沙。”《世纪》记载：“神农葬茶陵。”《衡图经》记载：“茶陵者，所谓山谷生茶茗也。地有陵名者，皆以古帝王之墓。竟陵、零陵、江陵之类是矣。炎陵今在麻陂……”《衡州府志》：“神农氏陵，在酃县之康乐乡（酃县为南宋时由茶陵分设，现改名为炎陵县）。”从战国时楚国占领荼陵，经历秦朝、汉朝，至三国时孙权改“荼陵”为“茶陵”，这也可能是《开元文字音义》官方改用“茶”字为标准字的原因之一。茶也应该是经由神农氏嫡系部落由商丘传到荼陵，又由楚国庄蹻西征四川、云南征召随军，传入四川和云南，后庄蹻在云南自称滇王。
1.2“荼”在“神荼郁垒”传说中成为了门神的象征
在唐朝李世民手下大将秦琼、尉迟恭被神话成门神之前，神荼和郁垒是中国的门神。有说《山海经》和《战国策》的佚文中均有“神荼、郁垒”的门神传说。其他如东汉王充《论衡·订鬼》、东汉张衡《东京赋》、东汉应邵《风俗通义·祀典》、东汉应邵《风俗通》、东汉蔡邕《独断》、东晋郭璞《方言注》、东晋葛洪《枕中书》、南朝梁宗懔《荆楚岁时记》、南宋姜夔《鹧鸪天·丁巳元日》、南宋曾慥 《类说》、南宋陈元靓《岁时广记》卷五引《皇朝岁时杂记》、元耶律楚材《壬午元日》、清俞正燮《癸巳存稿》、清陈维崧《满江红·乙巳除夕立春》均有此记载。大约是古人认为神农氏的“荼”和有巢氏的“墙”是保护人们免受看不见的细菌病毒和看得见的野兽攻击的保护神。
1.3“荼”是黄帝世系的重点压制神农氏与炎帝的表现
按照中国的正史记载，中国的帝王世系自黄帝至秦朝都是黄帝的子孙，夏祖禹、商祖契、周祖亶父、秦祖非子都被认为是黄帝的子孙。我国神话传说中的悲剧人物和神农氏、炎帝都有千丝万缕的联系，其实也是以神农氏或炎帝为中心，刑天（部属）、精卫、（女儿）、共工（子孙）、后羿（后代）等为代表的悲剧神话。所以“荼”作为神农氏的代表形象之一，也是受到黄帝世系的打压。加之气候变化，华北地区逐渐由亚热带气候转变为温带气候，神农部落也适宜南迁寻找更适合其发挥特长生存的气候环境。黄帝世系统治的中原地区因为缺少实物“荼”的使用，但精神“荼”已深入人心，所以“荼”字并没有完全消失，而是被广泛借代引申使用，产生了《十三经》中“荼”的不同借代引申使用的意义。
2“荼”字在《十三经》中的字义
“荼”字在《十三经》中有7书19篇25次出现，其中的字义有十种。一种为茶树本义，一种为命名新生未见过的温带植物苦菜，一种为杂草，一种为垫窝用品，两种为象征征服命名玉板和葬礼用品，一种借用茶树新枝舒缓特性，两种为茶树味苦花白的引申义，一种为人起名用字。其中垫窝用品只见一次使用，象征征服的葬礼用品东周开始不再使用，象征征服的玉板秦以后不再使用，代指某种苦菜也不再使用。目前仍在使用的有“荼毒”、“生灵荼炭”、“如火如荼”是常用词，取“有毒味苦的植物”和“像美丽的白花一样白”，荼的本义改为了专用字“茶”。
2.1有毒味苦的植物
《尚书·汤诰》中的“弗忍荼毒”，《诗经·大雅·荡之什·桑柔》中的“宁为荼毒”，《礼记·坊记》中的“宁为荼毒”。
2.2一种苦菜。味苦，不好吃
《诗经·国风·邶风·谷风》中的“谁谓荼苦”，《诗经·国风·豳风·七月》中的“采荼采樗”。
3.3像美丽的白花一样白。轻盈、漂亮、醒目
《诗经·国风·郑风·出其东门》中的“有女如荼”、“虽则如荼”，《周礼·冬官考工记·弓人》中的“欲其荼白也”、“革欲其荼白而疾澣之”，《尔雅·释草》中的“票、荂、荼”。