咖啡烘焙是一種高溫分解(Pyrolysis)的過程，它徹底改變生豆內部的物質，產生新的化合物，並重新組合，形成香氣與醇味。這種作用只會在高溫的時候發生，如果只使用低溫，則無法造成分解作用。

　　事實上，在咖啡的處理過程中，烘焙是最難得一個步驟，它是一種科學，也是一種藝術。烘焙的進行約分爲三個階段：

　　脫水，在烘焙的初期，生豆開始吸熱，內部的水分逐漸蒸發。這是，顏色漸漸由青色轉爲黃色或淺褐色，並且銀皮開始脫落，可以聞到淡淡的青草的味道。這個階段 的主要作用是去除水分，但烘焙師會善用水的溫度，並妥善控制，使其不會蒸發的太快。水分到達沸點後轉爲蒸汽，這時內部物質充分烘熱，水也開始蒸發，排出咖 啡豆的外部。

　　高溫分解，烘焙到160度左右，豆內的水分蒸發爲氣體，開始排出咖啡豆的外部。這時，生豆的內部由吸熱(Endothermic)轉爲放熱(Exdothermic)，出現第一次爆裂聲。在第一次爆裂聲之後，又會轉爲吸熱，這時咖啡豆內部壓力極高，可高達25個大氣壓力。高溫與壓力開始解構原有的組織，形成新的化合物，造就咖啡的口感與味道。達到190度左右，吸熱與放熱的轉換再度發生。當然，高溫裂解作用仍然持續發生，咖啡豆由褐色轉變爲深褐色，漸漸進入重度烘焙的階段。

　　冷卻(Quenching)， 咖啡在烘焙之後一定要立即冷卻，迅速停止高溫裂解作用，將風味鎖住。否則，豆內高溫仍在繼續發生作用，將會燒掉芳香的物質。冷卻的方法大體有兩種，一爲氣 冷式，一爲水冷式。氣冷式速度慢，但乾淨而不污染，較能保留咖啡的香醇，爲精品咖啡所採用。水冷式是在咖啡豆表面噴上一層水霧，讓溫度迅速下降，需要精密 計算，而且會增加烘焙咖啡豆的重量，一般用於商業咖啡烘焙。

　　爆裂聲，生豆由吸熱轉爲放熱時，內部的氣體物質排出體外，會形成明顯聲響。第一次較大聲音，清脆而分散，第二次較小聲，細緻而集中。由於爆裂聲與溫度的關聯性很高，能充分代表烘焙的溫度，是烘焙師判斷烘焙度的重要依據。

　　烘焙所照成的變化是很複雜的，雖有科學家不斷研究分析，仍然無法窺知全貌。大致有以下變化：

　　失重：含水率由13%左右降到1%，失重率大概12%-21%，烘焙度越高，失重越多。

　　體積膨脹：烘焙後，咖啡豆體積會增加60%以上。

　　細胞孔放大：生豆的細胞壁堅硬，細胞孔閉鎖，所以不易變質。但是烘焙之後，細胞壁變的脆弱，細胞孔放大，很容易流失內部物質。

　　形成二氧化碳：高溫分解作用使得咖啡豆內部的碳水化合物發生分解，並結合其他物質形成大量的二氧化碳，駐留在咖啡豆的內部。

　　改變組織結構：烘焙後，碳水化合物從58.9%劇降到38.3%，酸性物質(脂肪酸，單寧酸與氯酸等)從8.0%降爲4.9%。在高溫裂解作用下，這些物質發生重組，轉變爲焦糖、二氧化碳與一些可揮發性物質。其中，焦糖佔烘焙豆質量的25%，形成咖啡的甘味。而脂肪原佔生豆中的16.2%，烘焙後則提升爲17%，是醇味與稠感的來源。咖啡因含量幾乎沒有變化。所以，重烘焙的咖啡苦味不是來源於咖啡因較多。

　　烘焙度，太平洋地區區分法：

　　Light Roast (淺度烘焙)：還留有青草味，無香氣和醇味。

　　Cinnamon Roast (肉桂烘焙)：咖啡豆成肉桂色。

　　Medium Roast (中度烘焙)：有強烈的酸味。

　　High Roast (高度色烘焙)：酸味，苦味與甜味開始達到平衡。

　　City Roast (城市烘焙)：烘焙到第一爆，剛要進入第二次爆裂聲。

　　Full City Roast (全城市烘焙)：二爆正在進行時，是精選咖啡烘焙師的最愛。

　　French Roast (法式烘焙)：苦味甚重。

　　Italian Roast (意式烘焙)：意大利濃縮咖啡的原料。

　　國精品咖啡協會(SCAA)，以艾龍儀器(以紅外線測量咖啡的顏色與焦糖類焦化程度)判定與分析。將黑色設爲0，白色設爲100，分8個等分，代表8個烘焙等級。