Quá trình lên men chính được chia thành 4 giai đoạn
Giai đoạn 1: Nấm men sẽ nảy chồi, phát triển và sinh khối đạt cực đại, nồng độ chất hòa tan trong dịch đường giảm dần, nhiệt độ tăng dần, xuất hiện nhiều bóng to và tạo thành một lớp mỏng gồm nhiều bóng khí CO2 ở bề mặt môi trường lên men.
Giai đoạn 2: Quá trình lên men mạnh nhất bắt đầu chuyển từ lên men hiếu khí sang lên men kị khí (để tạo CO2 và C2H5OH), bọt beer xuất hiện nhiều, nồng độ chất hòa tan trong dịch đang lên men và nhiệt tăng nhanh hơn. pH giảm từ 5,5-6 xuống còn 4,2-4,5 do sự hình thành một số acid hữu cơ trong quá trình lên men.
Giai đoạn 3: Trong môi trường lên men đang tích lũy nhiều acetyl nhất, khí CO2
thoát ra nhiều ngăn không cho nhiệt độ vượt quá nhiệt độ t0max.
Giai đoạn 4: Cường độ lên men yếu, nồng độ chất hòa tan giảm nhiệt độ ổn định, tế bào nấm men tạo thành khối lớn, nhỏ khác nhau và lắng xuống đáy thùng lên men, dịch men trong dần.
Sự biến đổi các chất khô hòa tan: trong nước nha có đầy đủ các chất dinh dưỡng cho nấm men như: hydratcacbon, protein, các vitamin và muối khoáng… sau khi chuyển nấm men giống vào nước nha, qua thời gian ngắn của thời kỳ tiềm phát, nấm men nãy chồi và phát triển mạnh mẽ số lượng tế bào trong dịch tăng lên rõ rệt, vừa phát triển, vừa lên men, tiêu hao cơ chất và tạo ra các sản phẩm. Sự lên men các loại đường khác nhau diễn ra theo một tuần tự nhất định do sự thẩm thấu các loại đường này vào tế bào nấm men. Saccharoza cũng được chuyển hóa ngay ở giai đoạn đầu của quá trình lên men
chất của tế bào nấm men) thủy phân thành đường đơn fructoza và glucoza nữa thì lúc này nấm men bắt đầu sử dụng đến maltoza (maltoza là thành phần chính trong dịch nha, có thể chiếm đến 50% tổng lượng hydratcacbon).
Các sản phẩm thứ cấp của quá trình này được tích tụ như glycerin, acetaldehyt, acid pyruvic, axit acetic, axit lactic, diacetyl, 2,3- butylenglycol và một lượng ít acetoin, axid citric. Song song với các quá trình này là quá trình lên men rượu bậc cao từ các acid amin như: trytophylic, propylic, isoamylic, amylic, izomutylic, tirosol (tirosol được tạo từ tirosin có vị đắng mạnh và là thành phần chính sinh ra mùi thơm của beer). Bên cạnh đó quá trình này cũng hình thành một số hợp chất không có lợi như: C4 (aceton, diacetyl và 2,3 – butylenglycol), diacetyl là hợp chất không có lợi trong beer, gây nên mùi khó chịu.
Nấm men phát triển kìm hãm quá trình oxy hóa, chúng hấp thụ oxy hòa tan trong dịch nha, tiêu hao cho phản ứng trao đổi chất. Trong giai đoạn lên men mạnh, tất cả oxy hòa tan trong dịch nha được nấm men sử dụng hết. Sự tích tụ CO2 trong môi trường làm chậm các quá trình oxy hóa.
Qúa trình sinh lí: thể hiện rõ ở giai đoạn đầu thực chất là lên men hiếu khí, nhờ vậy nấm men sinh sản mạnh mẽ, sinh tổng hợp một lượng lớn enzyme zimaza trong tế bào nấm men thúc đẩy cường độ lên men.
Nấm men sử dụng các hydratcacbon theo quy luật bắt đầu từ những đường đơn giản nhất (glucose, fructose) trở đi. Vì vậy các đường đơn thường bị giảm rất nhanh ở giai đoạn đầu. Khi đã cạn đường đơn nấm men sẽ tấn công đến đường kép sacarose nhờ enzymee invertaza để chuyển thành glucose và fructose. Với đường maltose thì enzymee maltose chuyển thành glucose hoàn toàn. Đối với maltodestrin thì trong lên men chính nấm men chỉ sử dụng một phần, phần còn lại sẽ được sử dụng tiếp ở lên men phụ.
Sự đông tụ các protein và sự hình thành bọt: Qúa trình lên men tạo các cồn, este đã làm cho môi trường pH giảm đã tạo điều kiện cho các protein đông tụ và kết lắng một phần tế bào nấm men.
Trong quá trình lên men chính, ngoài sự chuyển hóa các chất hydrat cacbon, nấm men cũng chuyển hóa một số hợp chất khác như protein, khoáng, chất béo,.. từ đó dẫn tới hình thành khá nhiều thành phần phụ trong sản phẩm beer như: các rượu bậc cao và glyxerin, axit hữu cơ, este và andehit, axeton, diacetyl, H2S…