Lên men là q trình oxy hóa khử sinh học để thu năng lƣợng và các hợp chất trung gian. Lên men rƣợu là một q trình sinh hóa phức tạp, địi hỏi phải có sự tham gia của nấm men hoặc một số vi sinh vật khác. Trong quá trình lên men rƣợu, đƣờng đƣợc biến đổi thành rƣợu ethylic và CO2. Quá trình lên men rƣợu kèm theo sự hình thành các sản phẩm đồng thời giải phóng ra năng lƣợng. Trong phản ứng lên men, đƣờng đƣợc chia cắt thành các mạch cacbon cơ bản để hình thành nên các hợp chất carbon mạch ngắn hơn.
Để thực hiện đƣợc các hoạt động sống nhƣ sinh trƣởng, sinh sản và phát triển của mình, vi sinh vật cũng địi hỏi phải có năng lƣợng. Lên men là quá trình cung cấp năng lƣợng và các hợp chất trung gian cho tế bào vi sinh vật. Nhƣng tế bào sống chỉ sử dụng năng lƣợng dƣới dạng năng lƣợng tàng trữ trong mạch cacbon và đƣợc giải phóng ra trong các phản ứng enzyme do sự chuyển electron từ mức năng lƣợng này sang mức năng lƣợng khác. Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro. Nhƣng sự chuyển hydro cũng tƣơng đƣơng với sự chuyển electron, vì lẽ ngun tử hydro có thể tách ra thành proton H+ và electron. Các enzyme xúc tác quá trình tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme dehydrogenaza. Nhƣ vậy, lên men là q trình oxy hóa – khử có enzyme xúc tác hay nói cách khác là q trình oxy hóa – khử sinh học. Trong q trình đó, các ngun tử cacbon của cơ chất bị oxy hóa đến CO2, còn các nguyên tử hydro tách ra khỏi cơ chất, đầu tiên đƣợc chuyển đến NAD+, sau đó từ NADH2 trong điều kiện yếm khí hydro có thể đƣợc chuyển đến những sản phẩm trung gian khác nhau hoặc đến chất tiếp nhận đƣợc tổng hợp nên chỉ nhằm mục đích đó, nghĩa là để tái sinh lại NAD+. Tùy thuộc vào chất tiếp nhận hydro cuối cùng mà phân biệt hô hấp lên men và hơ hấp yếm khí.
Lên men là quá trình để thu năng lƣợng, qua đó hydro tách ra khỏi cơ chất đƣợc chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ đƣợc khử đi vào môi trƣờng dinh dƣỡng và tích tụ lại trong đó. Phụ thuộc vào sản phẩm nào đƣợc tích tụ chiếm ƣu thế hoặc sản phẩm nào đặc trƣng mà ngƣời ta phân ra lên men rƣợu, lên men lactic hay lên men butyric,…
Lên men khác với hơ hấp yếm khí và sự oxy hóa khơng hồn tồn. Hơ hấp yếm khí cũng tiến hành trong điều kiện khơng có oxy tham gia nhƣng hydro lại đƣợc chuyển qua mạch hô hấp mà đến chất tiếp nhận cuối cùng nhƣ nitrat hoặc sulfat.