咖啡是人类饮食中最香醇的饮品。
咖啡豆的化学组成及这些成分在热分解过程的增减状况：
- 糖类与蛋白质芳香成分
- 有机酸芳香成分
- 其他芳香成分
糖类与蛋白质芳香成分
碳水化合物分成单糖、双糖和多糖。
- 单糖为结构最简单的糖类，能溶于水，有甜味，包括葡萄糖、果糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖。
- 双糖是由两个单糖分子脱水而成，而蔗糖（即由葡萄糖和果糖构成，但不属还原糖）、麦芽糖和乳糖均为双糖。
- 多糖由10个以上单糖分子聚合而成，是庞大的糖类物质，不溶于水，无甜味，是咖啡豆木质纤维素的主要成分。
阿拉比卡的蔗糖浓度占豆重的6%～9%，是罗巴斯塔（3%～5%）的两倍，这是两个品种风味不同的重要因素。
蔗糖含量越高，咖啡越酸，咖啡越好喝。 咖啡的糖分主要以蔗糖形式储存，咖啡果子成熟后，蔗糖浓度最高。
生豆所含的蔗糖在烘焙过程中扮演增甘苦（焦糖化反应）、添浓香（梅纳反应）的角色，更是合成酸香物的助手，非常重要。
咖啡烘焙的焦糖化反应：咖啡豆的碳水化合物或糖分，在170℃～205℃进行焦糖化（很巧合正好是烘焙进程的一爆阶段）——蔗糖脱水后，释放水汽与二氧化碳，蔗糖颜色由无色结晶转变为褐色，并产生芳香物质二乙酰（奶油的主要成分之一）——而具有奶油糖的香味。此外，焦糖化还衍生出上百种重要芳香物质，包括呋喃类（具有焦糖香味）的HMF以及HAF和麦芽醇（俗称糖味香料）。呋喃化合物是构成咖啡香味最重要成分，其中的HMF也是蜂蜜、果汁和香烟的芳香成分，而HAF也有迷人的甜香。焦糖约占咖啡熟豆重量的17%，味道苦中带甘，是咖啡重要的滋味。
咖啡烘焙的梅纳反应：蛋白质高占生豆重量的11%～13%，组成蛋白质的氨基酸也在咖啡烘焙中发生重要的梅纳反应。梅纳反应并非单一的化学反应，而是氨基酸与葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖等还原糖，在持续加热过程中，相互进行的一连串复杂的降解与聚合作用。生成的芳香物与化合物，又在持续加热与水分变化下，再度降解、聚合，产生更多芳香化合物，并使颜色更深。
梅纳反应是调味工业中最常用的“造香与提味”反应，因为各种蛋白质里不同形态的氨基酸与糖分作用，即可创造出不同的滋味。
1912年，法国科学家梅纳（Louis Camille Maillard，1878～1936）发现氨基酸与碳水化合物的褐变与增香反应
黑精素是梅纳反应的末端产物，也是咖啡熟豆的色素，是一种抗氧化物，组成很复杂，碳水化合物占30%，蛋白质9%，多酚33%～43%，溶于水，是咖啡饮料的重要成分。
有机酸芳香成分
对咖啡风味影响最大的有机酸包括绿原酸、奎宁酸、醋酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸。
咖啡酸味有两种：一为明亮活泼、令人愉悦的“香酸”（acidity）；二为尖锐呆板、酸而不香的“死酸”（sourness）。
- 绿原酸（chlorogenic acids）
是咖啡豆含量最丰富的有机酸，属于涩嘴苦口的死酸。绿原酸＋烘焙→奎宁酸＋咖啡酸。绿原酸含量越高，咖啡因通常也会高。
有机酸是植物光合作用与新陈代谢的重要产物，对植物细胞生长很重要
绿原酸虽不讨好味蕾，却是强效抗氧化物，有助人体抗癌，咖啡是人类摄取绿原酸最主要的来源。
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奎宁酸
奎宁酸浓度进入二爆后达到最大值，奎宁酸在烘焙中相当稳定。咖啡泡好放凉，酸味会增强，这也和奎宁酸有关，因为无酸味的奎宁内酯会水解成奎宁酸而增加酸味。 -
咖啡酸
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柠檬酸、苹果酸
柠檬酸和苹果酸浓度会随着烘焙进程而递减，这也是为何咖啡深焙后果酸味消失的原因。
两者属于非挥发性的脂肪族羧酸，也就是说柠檬酸与苹果酸不具有挥发性，所以鼻子闻不到酸味，必须靠味觉才能感受到酸滋味。
这两种有机酸是因为在柠檬与苹果里的含量很高，因而得名，绝非带有柠檬或苹果的香气而命名。
柠檬酸与苹果酸属于脂肪族羧酸，很容易和醇类结合，产生迷人花果香气的酯类香料，食品工业常以脂肪族羧酸与醇类，合成带有花果香气的脂肪族羧酸酯。
- 乙酸、乳酸
属于脂肪族羧酸的醋酸（有挥发性）、乳酸（无挥发性）、甘醇酸和甲酸（有挥发性），皆是蔗糖在烘焙中创造出的香酸。
其他芳香成分
葫芦巴碱属于植物碱，是咖啡苦味的来源之一，同时也是咖啡诸多芳香化合物的前驱成分
烘焙过程中葫芦巴碱降解成许多芳香化合物，包括烟草酸（或称烟碱酸）、吡啶和吡咯（带有焦糖香与蘑菇味）。
葫芦巴碱带有苦涩味，烘焙时降解越多，越可增加咖啡好滋味。葫芦巴碱降解的多寡被视为烘焙是否得宜的重要指标。
50%～80%的葫芦巴碱在烘焙过程中分解，大部分生成杂环化合物吡啶和吡咯，进而塑造咖啡的烘焙味道。
各种烘焙度洐生的烟草酸都会提升咖啡优雅的风味。烟草酸属于水溶性，可增强咖啡的明亮度与动感。烟草酸浓度与咖啡烘焙度成正比，烟草酸具有抵消咖啡因影响睡眠的功能。烟草酸过量对痛风病患不利。
烟草酸的形成与温度的关联性甚于烘焙时间的延长，低温慢炒较不易使葫芦巴碱降解成烟草酸。
无挥发性的磷酸不含碳分子，属于无机酸，磷酸是目前食品加工业最常使用的调味酸化剂。
咖啡因也属于植物碱，无香味略带有苦味。咖啡因颇耐火候，深烘焙也不易分解。
脂类含量丰富也是阿拉比卡在香味诠释上远优于粗壮豆的因素之一，许多芳香性脂肪族羧酸（包括柠檬酸、苹果酸、醋酸、乳酸和甲酸），均溶于油脂内。
阿拉比卡大部分的芳香物浓缩在两种油脂内，那就是咖啡醇和咖啡白醇，是咖啡香味的最佳男女主角。
咖啡白醇（阿拉比卡独有）的含量常被用来检测综合配方中罗巴斯塔豆与阿拉比卡豆的混合比例。
咖啡熟豆的芳香精华全部浓缩在咖啡醇和咖啡白醇的油脂中，重量不到咖啡熟豆的3%，如果没有咖啡油脂，黑咖啡就成了平淡无奇的苦水。
糖的热分解所生成的呋喃类化合物是构成咖啡香味的主力成分，是咖啡焦糖香的重要来源。含量第二高的芳香成分是吡嗪化合物，呈现咖啡的坚果香、烤面包与谷物的香味。另外，吡咯化合物也是甜香、焦糖香及磨菇清香味的成分。比较另类的是噻吩化合物，是由硫氨酸与碳水化合物在梅纳反应产生的肉味芳香物。二乙酰则是奶油香的重要来源。大马酮是咖啡水果甜香味来源，而愈创木酚则呈现咖啡的辛香味。