咖啡豆在各個烘焙階段會有不同變化。生咖啡豆吸收熱之後，顏色開始由綠轉黃，豆子的含水率開始下降。熱能將咖啡豆內部的水分轉化為蒸氣→咖啡豆內部產生二氧化碳→咖啡豆內部壓力到達25巴（壓力單位）
第一爆：咖啡豆在烘焙過程中會出現極具代表性的爆裂聲。風味的發展：烘焙時間愈長，酸味逐漸降低、苦味提升。脫水之後的咖啡豆開始釋放熱能並變成褐色，還會脫下一層銀皮。烘焙過的咖啡豆體積會增加1.5～2倍，此時重量至少損失11％。
繼續烘焙咖啡豆就會持續產生二氧化碳→第二爆。咖啡豆顏色加深，進入中深烘焙階段。此時損失的重量達原本的22％。第二爆之後，咖啡豆因熱解反應而表面出油，並且開始碳化，一不注意很有可能會燒焦。在乾燥階段會開始發展出三至四種香氣。
咖啡的香氣和風味會藉由兩種化學反應釋放出來：
•梅納反應：當咖啡豆的含水率少於5％，糖和胺基酸為降解蛋白質而產生的化學變化。
•焦糖化反應：水、糖和蔗糖之間發生的化學反應。隨著烘焙時間愈長，酸味會逐漸降低，苦味提升，許多芬芳分子開始揮發出來。烘焙到最後會發展出近八百種的香味物質，咖啡豆的風味、酸性、甘甜和醇度也臻於成熟。不過烘焙有時也可能帶出咖啡不受人喜愛的風味。在最後階段，香味物質會被摧毀，取而代之的是苦味，酸味則蕩然無存，醇度也隨之減低。
- 從咖啡豆顏色，可判斷烘焙程度嗎？
咖啡豆的烘焙沒有統一的顏色可以作為烘焙程度的依據，比較準確的方法應依據烘焙時間總長來決定第一爆的時間。 - 烘焙時間愈長，咖啡因含量愈高？
生咖啡豆的咖啡因含量幾乎不會因烘焙程度而有所改變（咖啡因流失率約10％）。然而烘焙越久，咖啡損失的重量越多（重率約11～22％），在這種情況下，咖啡因的比例自然就上升了。 - 烘焙師如何決定咖啡豆香氣？
當咖啡豆烘焙至一定程度，香氣會逐漸被烘焙的味道掩蓋，只有適當烘焙能保留住明顯的咖啡芬芳。在咖啡烘焙師必須做出選擇，決定該留下哪些香氣特徵。
舉例來說，如果烘焙師想讓咖啡帶有大量香氣而口味偏酸味，那麼就得適當捨棄咖啡的醇度。適度的烘焙可以凸顯咖啡豆原有的自然酸味，烘焙所帶來的熱能則會大量摧毀咖啡豆裡的四十多種綠原酸，並且分解成奎寧酸和咖啡酸；這兩種物質都具有收斂性，可能會影響口感。其他多數的有機酸如檸檬酸和蘋果酸，在淺烘焙時達到最大值，之後便會隨烘焙時間延長而逐漸下降。這解釋了為什麼快烘輕焙更能表現咖啡豆的鮮明酸味。
