Lên men là quá trình oxy hĩa – khử sinh học để thu năng lượng và các hợp chất trung gian
Để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển của mình, vi sinh vật địi hỏi phải cĩ năng lượng. Lên men là quá trình cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào vi sinh vật. Nhưng tế bào sống chỉ sử dụng năng lượng dưới dạng hĩa năng tàng trữ trong mạch cacbon và được
giải phĩng ra trong các phản ứng enzim do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Các phản ứng sinh hĩa xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro. Nhưng sự chuyển hĩa hydro cũng tương tự với sự chuyển electron bởi vì nguyên tử hydro cĩ thể tách ra thành proton H+ và electron. Các enzim xúc tác quá trình tách nguyên tử hidro ra khỏi cơ chất gọi là enzim dehydrogenaza. Như vậy lên men là quá trình oxy hĩa – khử cĩ enzim xúc tác hay nĩi cách khác là quá trình oxy hĩa – khử sinh học. Trong quá trình đĩ, các nguyên tử cacbon của cơ chất bị oxy hĩa đến CO2, cịn các nguyên tử hydro tách ra khỏi cơ chất, đầu tiên được chuyển đến NAD+, sau đĩ từ NADH2 trong điều kiện yếm khí hydro cĩ thể được chuyển đến những sản phẩm trung gian khác nhau hoặc đến chất tiếp nhận được tổng hợp nên chỉ nhằm mục đích đĩ, nghĩa là để tái sinh lại NAD+. Tùy thuộc vào chất tiếp nhận hydro cuối cùng mà phân biệt hơ hấp lên men và hơ hấp yếm khí.
Lên men là quá trình để thu năng lượng, quá đĩ hydro tách ra khỏi cơ chất được chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ được khử đi vào mơi trường dinh dưỡng và tích tụ lại đĩ. Phụ thuộc vào sản phẩm nào được tích tụ chiếm ưu thế hoặc sản phẩm nào đặc trưng mà người ta phân ra lên men rượu, lên men lactic hay len men butyric, v.v.
Lên men khác với hơ hấp yếm khí và sự oxy hĩa khơng hồn tồn. Hơ hấp yếm khí cũng tiến hành trong điều kiện khơng cĩ oxy tham gia nhưng hydro lại được chuyển qua mạch hơ hấp mà đến chất tiếp nhận cuối cùng là như nitrat hoặc sulfat.
Trong tế bào vi sinh vật luơn luơn cĩ các hợp chất phospho giàu năng lượng và khi phân ly những hợp chất sẽ cung cấp cho cơ thể những năng lượng cần thiết. Một trong những hợp chất phospho giàu năng lượng quan trọng đĩ là ATP. Khi lên men ATP liên tục được tạo thành từ ADP và phân tử phosphat vơ cơ. Sau đĩ ATP lại bị phân giải để giải phĩng ra năng lượng và phosphat vơ cơ. Trong tế bào vi sinh vật, sự tạo thành và sự thủy phân ATP được kết hợp với những phản ứng khác. Bằng cách như vậy vi sinh vật sử dụng rất cĩ hiệu quả năng lượng đã được thốt ra.