Lên men là quá trình oxy hóa khử sinh học để thu năng lượng và các hợp chất trung gian. Lên men rượu là một quá trình sinh hóa phức tạp, đòi hỏi phải có sự tham gia của nấm men hoặc một số vi sinh vật khác. Trong quá trình lên men rượu, đường được biến đổi thành rượu ethylic và CO2. Quá trình lên men rượu kèm theo sự hình thành các sản phẩm đồng thời giải phóng ra năng lượng. Trong phản ứng lên men, đường được chia cắt thành các mạch cacbon cơ bản để hình thành nên các hợp chất carbon mạch ngắn hơn.
Để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển của mình, vi sinh vật cũng đòi hỏi phải có 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 năng lượng tàng trữ trong mạch cacbon và được giải phóng ra trong các phản ứng enzyme do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro. Nhưng sự chuyển hydro cũng tương đương với sự chuyển electron, vì lẽ nguyên 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. Như vậy, lên men là quá trình oxy hóa – khử có enzyme xúc tác hay nói cách khác là quá trình oxy hóa – khử sinh học. Trong quá trình đó, các nguyên tử cacbon của cơ chất bị oxy hóa đến CO2, còn các nguyên tử hydro tách ra khỏi cơ chất, đầu tiên được chuyển đến NAD+, sau đó từ NADH2 trong điều kiện yếm khí hydro có thể được chuyển đến những sản phẩm trung gian khác nhau hoặc đến chất tiếp nhận được 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 hô hấp yếm khí.
Lên men là quá trình để thu năng lượng, qua đó 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 môi trường dinh dưỡng và tích tụ lại trong đó. 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 lên men butyric,…
Lên men khác với hô hấp yếm khí và sự oxy hóa không hoàn toàn. Hô hấp yếm khí cũng tiến hành trong điều kiện không có oxy tham gia nhưng hydro lại được chuyển qua mạch hô hấp mà đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc sulfat.