咖啡生豆是淡绿色，烘焙后会变成褐色。这种烘焙特有的褐色主要来自寡糖素、氨基酸、绿原酸类制造出的褐色色素。所谓的褐色色素，指的不是一种颜色或者成分，而是让咖啡变成不同颜色的诸多成分的统称。
生豆在烘焙过程中会逐渐改变颜色，是因为褐色色素的总量及其分子大小的比例改变所致。褐色色素可根据分子大小分类。浅度烘焙多半会产生小分子色素，随着烘焙程度愈深，色素的总量逐渐增加，大分子色素的比例也会增加。
浅度烘焙豆中多半含有明显带黄色的小色素，这是烘焙初期阶段的化学反应产物，是寡糖类热分解出来的东西与绿原酸类产生反应制造出来的物质。
继续烘焙的话，寡糖类会焦糖化，制造出焦糖色素。再加上寡糖类与氨基酸反应产生的糖蜜色素（Melanoidin）后，就会发生稍大一点的红褐色色素。糖蜜色素产生的反应称为梅纳褐变反应（Maillard reactions），是食品化学反应中十分重要的一种。烤面包的颜色、味增、酱油的颜色等都是梅纳褐变反应造成的结果。
若继续烘焙，蛋白质和多糖类也加入，变成分子巨大百倍以上的黑褐色色素。
这种色素事实上就是构成咖啡苦味的要素之一。一般认为色素的分子愈大，咖啡的苦味愈强烈，口感也愈沉重。因此苦味的强度和口感会随着咖啡的烘焙程度而改变，就是受到这些色素变化的影响。
咖啡产生香气的原因：
咖啡生豆月有两百种的香气成分，不过那些香气对我们而言不是舒服的香味。让咖啡香气充满魅力的原因是咖啡经过烘焙这道火之洗礼，以及烘焙产生的许多香气成分（光是目前已知的成分就有七百种之多）。与构成咖啡滋味的成分相比，每种香气的成分虽然微量，不过带来的影响很大，甚至可说它们就是咖啡的主要成分。
上部分提到咖啡烘焙产生梅纳褐变反应在咖啡香气的形成上，也扮演了重要的角色。味增、酱油、或是烤肉、面包有独特的香气，这些都是梅纳褐变反应带来的附属结果。咖啡香气也是如此。什么样的香气能够发挥到什么样的程度，取决于氨基酸的排列组合与加热条件的不同。咖啡含有多种氨基酸，不过氨基酸的排列组合又受到品种、栽种条件、精致方式等影响而改变，因此选择不同生豆就有出现不同的香气。另外，即便使用同一款生豆，烘焙时的咖啡豆温度上升情况及烘焙程度等也会改变香气。
上部分提到的焦糖化也是创造出咖啡香气的化学反应之一。焦糖产生时会散发出挥发性的酸，其香气和甜香味，都是咖啡香气的重要要素。其他还有绿原酸类等各种物质加热之后，也会产生香气。
烘焙制造出众多香气成分会因为烘焙程度而改变。改变的模式大致可以分为三大类：1.变化较少的物质；2.增加到某些程度后开始减少的物质；3.烘焙过程中逐渐增加的物质。1.多半被视为生豆中所含的成分；3.通常被认为是带来烟熏味或刺鼻味的成分；2.对我们来说是带来舒服酸甜香气或烘烤甜香气的成分。不同的烘焙程度之所以会改变香气的质感和强度，是因为以上三种香气成分的总量和平衡改变所造成
