커피가 자연적으로 발효되는 과정 가운데 여러 가지 다른 생물학적인 변화가 일어난다. 이 과정에서 효모와 박테리아에 의해 생성된 효소들은 커피의 점액질에서 당을 분해하기 시작한다. 이러한 과정은 당을 지질, 단백질, 산으로 분해하게 되고, 그것들을 알콜성의 산들로 변화시킨다. 이로 인해 향, 색, pH 그리고 점액질의 구성이 변화한다.
이러한 과정 속에서 활동하는 효모를 맥주효모균(Saccharomyces Cerevisiae)이라 부른다. 이 효모균은 미생물로 자연 가운데 존재하는 효모로 포도 껍질, 카카오빈 그리고 다른 과일들에서 발견되어지는 미생물이다. 그것은 대개 와인이 만들어지는 과정에서 발견될 뿐 아니라 커피 가공 과정에서도 발견되어진다.
이 과정에 관계하는 박테리아는 젖산균(Lacto Bacillus)이라 불린다. 포도와는 다르게 커피는 발효 과정 동안 떼루아와 미세 기후에 따라 자연에 존재하는 효모와 박테리아들에 적응하게 된다.
예를 들어 와인의 경우 쉬라즈 품종의 포도에서 발견되어지는 박테리아는 어느 나라이건 어느 기후이건 같은 DNA를 가진 맥주효모균(Saccharomyces Cerevisiae)을 가지고 있다. 그러나 커피에서는 브라질에서의 버본 품종과 엘살바도르에서의 버본 품종의 경우 품종은 같을 수 있지만 각각의 커피에서 발생하는 박테리아의 DNA는 다르다.
발효의 속도는 외부 온도, 시스템의 차이, 발효 시간, 점액질의 품질, 점액질의 산, 산소의 유무 그리고 청결 상태 등에 의해서 대사에 영향을 미치는 다른 요인들에 달려 있다.
위에 서술된 모든 것들은 커피의 품질을 증가시키는데 기여할 수 있고, 또한 플레이버의 복합성을 변화시킬 수 있다. 자연적인 발효 과정에는 다음의 다른 형태들이 있다.