發酵是一種代謝過程，通過酶的作用使有機底物發生化學變化。 在生物化學中，它被狹義地定義為在沒有氧氣的情況下從碳水化合物中提取能量。 在食品生產中，它可以更廣泛地指微生物活動給食品或飲料帶來理想變化的任何過程。 發酵科學被稱為酶學。

在微生物中，發酵是通過厭氧降解有機營養物產生三磷酸腺苷（ATP）的主要方式。 自新石器時代以來，人類就使用發酵來生產食品和飲料。 例如，在腌制黃瓜、康普茶、泡菜和酸奶等酸味食品中產生乳酸的過程中，以及用于生產葡萄酒和啤酒等酒精飲料時，發酵被用于保存。 發酵也發生在所有動物的胃腸道內，包括人類。

工業發酵是一個更廣泛的術語，用于將微生物用于大規模生產化學品、生物燃料、酶、蛋白質和藥物的過程。

以下是發酵的一些定義，從非正式的一般用法到更科學的定義。

• 通過微生物保存食品的方法（一般用途）。
• 在有或沒有空氣的情況下發生的任何大規模微生物過程（工業中使用的通用定義，也稱為工業發酵）。
• 任何生產酒精飲料或酸性乳制品（一般用途）的過程。
• 任何僅在厭氧條件下發生的能量釋放代謝過程（有點科學）。
• 任何從糖或其他有機分子釋放能量、不需要氧氣或電子傳輸系統并使用有機分子作為最終電子受體（最科學）的代謝過程。

與有氧呼吸一起，發酵是一種從分子中提取能量的方法。 這種方法是所有細菌和真核生物xxx共有的方法。 因此，它被認為是最古老的代謝途徑，適用于原始環境——早于地球上的植物生命，也就是說，早于大氣中的氧氣。

酵母是一種真菌，幾乎存在于任何能夠支持微生物生長的環境中，從水果的皮膚到昆蟲和哺乳動物的內臟，再到深海。 酵母轉化（分解）富含糖分的分子以產生乙醇和二氧化碳。

發酵的基本機制仍然存在于高等生物的所有細胞中。 哺乳動物肌肉在劇烈運動期間進行發酵，氧氣供應變得有限，從而產生乳酸。 在無脊椎動物中，發酵也會產生琥珀酸和丙氨酸。

從牛的瘤胃到污水消化池和淡水沉積物，發酵細菌在甲烷生產中起著至關重要的作用。 它們產生氫氣、二氧化碳、甲酸鹽、乙酸鹽和羧酸。 然后微生物群將二氧化碳和乙酸鹽轉化為甲烷。 產乙酸菌氧化酸，獲得更多的乙酸鹽和氫氣或甲酸鹽。 最后，產甲烷菌（在 Archea 域中）將乙酸鹽轉化為甲烷。

發酵使 NADH 與內源性有機電子受體發生反應。 通常這是糖通過糖酵解形成的丙酮酸。 該反應產生 NAD+ 和有機產物，典型的例子是乙醇、乳酸和氫氣 (H2)，通常還有二氧化碳。 然而，更多奇異的化合物可以通過發酵產生，例如丁酸和丙酮。 發酵產品被認為是廢物，因為如果不使用氧氣，它們就無法進一步代謝。

發酵通常發生在厭氧環境中。 在 O2 存在的情況下，NADH 和丙酮酸用于在呼吸中產生 ATP。 這稱為氧化磷酸化。 這比單獨的糖酵解產生更多的 ATP。 因此，在有氧氣的情況下很少使用發酵。 然而，即使在氧氣充足的情況下，只要有足夠的糖分供應，某些酵母菌株（例如釀酒酵母）也更喜歡發酵而不是有氧呼吸（這種現象稱為 Crabtree 效應）。 一些發酵過程涉及專性厭氧菌，它們不能耐受氧氣。