تتم عملية التحميص عند درجة حرارة تتراوح بين 180–250 درجة مئوية وتستمر عادةً من 10 إلى 20 دقيقة. ثلاث تفاعلات رئيسية تدفع هذه العملية:
تفاعل ميلارد هو المكوّن الأساسي لنكهة القهوة. تتفاعل السكريات والأحماض الأمينية لتكوّن مئات المركبات العطرية – مثل الكراميل، والمكسرات، والشوكولاتة، والخبز، والرائحة الكلاسيكية للقهوة. يبدأ هذا التفاعل عند 140–165 درجة مئوية وهو المسؤول عن اللون البني.
الكرملة تتحلل السكريات عند درجات حرارة أعلى (>170 درجة مئوية). هذا يمنح القهوة حلاوة، لكنه يضيف أيضًا مرارة ونكهات معقدة مثل التوست والشراب.
التحلل الحراري انهيار حراري عند درجات حرارة عالية (من حوالي 220 درجة مئوية). خلال هذه المرحلة يُطلق ثاني أكسيد الكربون والماء والمواد المتطايرة – وهذا ما يسبب الطقطقة الثانية (second crack) والنكهات المدخنة والداكنة في التحميص الغامق.