咖啡生豆是淡綠色，烘焙後會變成褐色。這種烘焙特有的褐色主要來自寡糖素、氨基酸、綠原酸類製造出的褐色色素。所謂的褐色色素，指的不是一種顏色或者成分，而是讓咖啡變成不同顏色的諸多成分的統稱。
生豆在烘焙過程中會逐漸改變顏色，是因爲褐色色素的總量及其分子大小的比例改變所致。褐色色素可根據分子大小分類。淺度烘焙多半會產生小分子色素，隨着烘焙程度愈深，色素的總量逐漸增加，大分子色素的比例也會增加。
淺度烘焙豆中多半含有明顯帶黃色的小色素，這是烘焙初期階段的化學反應產物，是寡糖類熱分解出來的東西與綠原酸類產生反應制造出來的物質。
繼續烘焙的話，寡糖類會焦糖化，製造出焦糖色素。再加上寡糖類與氨基酸反應產生的糖蜜色素（Melanoidin）後，就會發生稍大一點的紅褐色色素。糖蜜色素產生的反應稱爲梅納褐變反應（Maillard reactions），是食品化學反應中十分重要的一種。烤麪包的顏色、味增、醬油的顏色等都是梅納褐變反應造成的結果。
若繼續烘焙，蛋白質和多糖類也加入，變成分子巨大百倍以上的黑褐色色素。
這種色素事實上就是構成咖啡苦味的要素之一。一般認爲色素的分子愈大，咖啡的苦味愈強烈，口感也愈沉重。因此苦味的強度和口感會隨着咖啡的烘焙程度而改變，就是受到這些色素變化的影響。
咖啡產生香氣的原因：
咖啡生豆月有兩百種的香氣成分，不過那些香氣對我們而言不是舒服的香味。讓咖啡香氣充滿魅力的原因是咖啡經過烘焙這道火之洗禮，以及烘焙產生的許多香氣成分（光是目前已知的成分就有七百種之多）。與構成咖啡滋味的成分相比，每種香氣的成分雖然微量，不過帶來的影響很大，甚至可說它們就是咖啡的主要成分。
上部分提到咖啡烘焙產生梅納褐變反應在咖啡香氣的形成上，也扮演了重要的角色。味增、醬油、或是烤肉、麪包有獨特的香氣，這些都是梅納褐變反應帶來的附屬結果。咖啡香氣也是如此。什麼樣的香氣能夠發揮到什麼樣的程度，取決於氨基酸的排列組合與加熱條件的不同。咖啡含有多種氨基酸，不過氨基酸的排列組合又受到品種、栽種條件、精緻方式等影響而改變，因此選擇不同生豆就有出現不同的香氣。另外，即便使用同一款生豆，烘焙時的咖啡豆溫度上升情況及烘焙程度等也會改變香氣。
上部分提到的焦糖化也是創造出咖啡香氣的化學反應之一。焦糖產生時會散發出揮發性的酸，其香氣和甜香味，都是咖啡香氣的重要要素。其他還有綠原酸類等各種物質加熱之後，也會產生香氣。
烘焙製造出衆多香氣成分會因爲烘焙程度而改變。改變的模式大致可以分爲三大類：1.變化較少的物質；2.增加到某些程度後開始減少的物質；3.烘焙過程中逐漸增加的物質。1.多半被視爲生豆中所含的成分；3.通常被認爲是帶來煙燻味或刺鼻味的成分；2.對我們來說是帶來舒服酸甜香氣或烘烤甜香氣的成分。不同的烘焙程度之所以會改變香氣的質感和強度，是因爲以上三種香氣成分的總量和平衡改變所造成
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