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烘焙师往往会对两类化合物特别感兴趣；碳水化合物（糖类）和有机酸。这两类化合物的相互作用对咖啡的影响，可以参考廉价葡萄酒和好葡萄酒之间的区别，廉价葡萄酒因为甜度低，只有一两种有机酸比较突出，所以味道尖锐，口感单薄，刺激性强。反观好的葡萄酒，味道纯正，清爽，就是因为含有丰富的酸类，其中有些带有甜味和果味，这些是所有滋味和香味的基底。
咖啡生豆中天然含有一些我们熟悉的酸类，比如柠檬酸和苹果酸，还有一些醋酸类，是由糖类和和其他化合物分解或反应形成的。咖啡的品质和复杂度取决于这些酸类在咖啡豆中所占的比列，而这个比列是由多种因素共同决定的，比如咖啡树品种、土壤中的矿物质含量、温度、湿度和烘焙深度。
未经烘焙的咖啡豆里主要的酸类是绿原酸，占未烘焙豆净重的5%~10%，以草味，明亮或过重的酸味为特征，也会为咖啡增添苦味。大部分绿原酸会在烘焙过程中分解，形成其他酸类，比如咖啡酸和奎宁酸，这些酸的酸味和苦味没有那么突兀，在浓度较低的情况下，能为咖啡带来复杂的甘苦味。
咖啡豆里重要的糖类之一是蔗糖，它能给成品带来明显的甜味。在烘焙过程中，随着咖啡豆颜色变深，糖分会分解，这是深培咖啡尝起来比浅培咖啡苦味重，甜味淡的原因之一。
糖类分子焦糖化，与蛋白质发生梅拉德反应，咖啡豆从而变成褐色，生成大批芳香化合物。在烘焙的各个阶段，焦糖化和梅拉德反应会同时进行，咖啡焦糖化可以生成焦糖，奶油糖和香草的甜蜜香气，梅拉德反应会带来烘焙味，花香味，辛香味和巧克力味。
咖啡豆还有一种重要的化合物是生物碱。咖啡中出名的成分咖啡因就属于生物碱，同属生物碱的还有人们不太熟悉的葫芦巴碱。初，咖啡凭借咖啡因的兴奋作用进入人类的视线，这一至今还是许多人喝咖啡及想喝咖啡的原因。
