发酵这个神奇的过程，会将甜的葡萄汁转化成比较不甜、香气更复杂的葡萄酒。如果酵母（自然或人工添加）和葡萄的糖分接触，就可以把它们变成酒精、热量和二氧化碳。葡萄愈成熟，糖分含量就愈高，酿成的葡萄酒就愈多酒精。当发酵开始之后，发酵酒槽的温度会自然增加，所以在比较暖和的产区，也许需要在酿酒槽外部包覆“冷却套管”（cooling jacket）或是内建降温设备来控制葡萄浆（must，这是介于葡萄汁与葡萄酒之间的泥状混合液）的温度，让温度低于珍贵的香气化合物可能会被蒸发掉的程度。
发酵产生的二氧化碳会让酿酒窖在采收期间成为一个让人头昏晕眩的危险地方，酒窖中的味道是一种混合着二氧化碳、葡萄和酒精的醉人混合气体，特别是酿造传统红酒时所采用的开口式酒槽，这种气味更为明显。
不过白酒是在密封的酿酒槽中进行发酵，以便保护葡萄汁不会氧化，也可避免酒变质成棕色；而当酿酒槽里面装的是红酒葡萄浆时，酿酒槽不用密封就具有隔绝作用，因为葡萄皮会浮在表面形成厚厚的一层“盖子”。
酵母菌的添加
葡萄酒酿造的很多面向，在过去数十年来已经被详细地审视及改良，但是在酵母方面还是存在着一些神秘性和论战。首先，酿酒师要决定是否使用特别选育及准备好的所谓人工酵母，或者相反地，采用自然存在于环境中的所谓野生酵母菌种。
在新兴的葡萄酒产区，酿酒师也许没的选择；葡萄酒酵母需要时间繁殖足够的菌数，在初期环境中存在的菌种，比较有可能对葡萄酒有害而不是有利。除了为数不多（但逐渐增加）的特殊例子，大部分新世界的葡萄酒都是在葡萄浆中添加经过特别选育的人工酵母，如果先前葡萄汁有经过降温处理，就必须在发酵之前先加热（一旦某个酿酒槽开始发酵，可将此槽内的葡萄浆添加到其他酿酒槽中，如此就可以启动发酵作用。但有些酿酒师认为，让酿红酒的葡萄刻意在发酵开始前几天进行浸皮会更好）。
人工培养的酵母菌大都选育自其他更具历史的葡萄酒产区的野生酵母，比较能预知其特性。耐力特别强的酵母菌可以用来酿造高酒精浓度的葡萄酒，至于那些有利酒渣粘结的酵母菌也许适合用来酿造气泡酒。
人工培养酵母菌的选择也会对葡萄酒的香气产生重要影响，例如加强特殊的香气或让新鲜的果味更明显。传统主义者则偏好完全让自然环境里的酵母菌发挥作用，因为他们认为虽然野生酵母的行为不是非常稳定可预期，却可以让葡萄酒的香气更为有趣。但请不要过度延伸，而认为酵母菌也是terroir（风土条件）的一个层面。
