在烘豆机里进行分段式加热的过程中（一般使用大型、炽热的转动圆筒），咖啡豆细胞里残留的水分变成蒸汽，促使其中丰富的醣类、蛋白质、脂类及矿物质进行多样复杂的化学反应。咖啡豆在摄氏170-200度之间开始焦糖化的过程，在185-240℃的高温下，醣类与胺基酸、胜肽及蛋白质产生结合，进行焦糖化，也就是的“梅纳反应”（maillard’s reaction）。
焦糖化是影响咖啡风味较重要的一个因素，生豆经过6-7分钟烘焙，吸收大量热能，启动了热解反映，出现爆。
热解反映可持续到第二爆，虽然焦糖化是唤醒咖啡香的重要过程，但随着烘焙时间拉长，有些成分也会被碳化掉，形成不好的涩苦物质，如何获得较高的焦糖化，同时还要把碳化降到较低点，这是烘焙咖啡豆的较高技术环节。
在烘焙过程中，咖啡豆的体积会增加至少一半以上，而豆子的重量则减少了1/5。
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