La fermentación es la parte principal del proceso de la elaboración del vino, en realidad el vino no puede elaborarse de forma alguna sin la fermentación. 

La fermentación tiene como principal efecto la conversión de los azúcares del mosto en alcohol etílico. 

El organismo capaz de elaborar la fermentación son las levaduras del género de las Saccharomyces y las especies más abundantes son la S. cerevisiae y la S. bayanus (asociada con la producción del vino de jerez), estas especies tienen a su vez otras sub-especies como la montrachet, la epernay, la steinberger, etc. cada una de ellas objeto de una selección artificial hecha durante tiempo con el objeto de mejorar aspectos sutiles de la tolerancia a ciertos niveles de pH, contenido de alcohol, dióxido de azufre (SO2), etc. 

La fermentación se hace en recipientes (hoy en día en cubas de acero inoxidable) y pasa por cuatro fases  :

Fase de demora - En la que las levaduras se aclimatan a las condiciones del mosto, a las altas concentraciones de azúcares, bajo valor de pH (acidez), temperatura y SO2. 

Suele ocupar un período entre dos y tres días.

Crecimiento exponencial - las levaduras ya acondicionadas al entorno, empiezan a multiplicarse en crecimiento exponencial, alcanzando el máximo de su densidad de población, que suele estar en torno a los 100 millones de levaduras por centímetro cúbico. 

Debido al consumo que hacen las levaduras del azúcar presente en el mosto, las concentraciones del mismo declinan rápidamente. 

La duración de esta fase es de aproximadamente cuatro días.

Fase estacionaria - En el cual la población de levaduras que ha llegado a su máximo valor admisible, lo que hace que se alcance un valor estacionario y que la fermentación se mantenga a una velocidad constante. 

El calor formado por la fermentación hace que temperatura de la cuba durante esta fase sea igualmente constante.

Fase declinante - En esta fase la carestía de azúcares o la elevada concentración de alcohol etílico empieza a matar las levaduras y la población disminuye, con ello la velocidad de fermentación.

Existen algunas prácticas modernas como la inoculación de levaduras durante las fases estacionarias con el objetivo de alcanzar el máximo de 108/ml, esta creencia dicta que el vino poseerá una mayor complejidad de sabores, estas practicas son habituales en algunos viñedos de Francia y California. 

No obstante algunos viticultores optan por evitar la inoculación emplear las levaduras salvajes presentes en el entorno de fermentación, lo que ha dado lugar a un debate. 

Se puede medir la progresión de la fermentación mediante la medida de la densidad del líquido fermentante; medida con un picnómetro de las muestras extraídas de la cuba. 

Por ejemplo el mosto es más denso que el vino y esto fija dos límites para saber la evolución de la fermentación.

La fermentación se ve afectada por una variedad de factores, entre ellos se encuentra la temperatura; el rango de temperaturas entre los que es posible la fermentación se encuentra entre los 5oC hasta los 38oC. 

Los vinos blancos fermentan a un rango inferior (8oC hasta los 14oC) y los vinos tintos emplean rangos mayores (25oC hasta los 30oC).

La fermentación se suele parar a 33oC. 

Los aromas de frescura y afrutados se preservan más en fermentaciones a baja temperatura. 

Otros limitantes son la concentración de azúcares, el grado de acidez debido a la presencia de ácidos, y también a la presencia de micronutriente como vitaminas, incluso la aireación de la cuba (oxígeno), la adicción de inhibidores de la fermentación como: el propio etanol (en concentraciones por encima del 17%), los ácidos grasos, el empleo de levaduras asesinas que secretan polipéptidos tóxicos para las levaduras (algunas son capaces de portar virus ARN bicatenario).

En algunos casos la presencia de fungicidas y pesticidas puede limitar la fermentación.

La fermentación necesita de nutrientes diversos que están incluidos naturalmente en el mosto inicial, y dependiendo de la fase son necesarios unos u otros. 

Por ejemplo en la fase de crecimiento exponencial la presencia del ion fosfato (H2PO4-) es esencial en en todos los procesos de transferencia de energía celular así como en el crecimiento de las levaduras. 

Su presencia en el mosto es suficiente para la fermentación, pero en algunas ocasiones con el objeto de activar la fermentación se añade fosfato diamónico (de fórmula: (NH4)2HPO4) con el objeto de regular el balance de fosfatos y de nitrógeno. 

A menudo se emplean con el mismo propósito otras sales amoniacales.

Otras fermentaciones se practican desde mediados del siglo XX, una de las más conocidas es la denominada maceración carbónica. 

La maduración carbónica se realiza antes de la fase de prensado, y hace que la uva fermente con el mosto de su interior, de esta forma los vinos obtenidos tienen sabores más afrutados y con menos contenidos de taninos. 

Estos vinos poseen sabor fresco, pero por el contrario carecen de la estabilidad suficiente para ser envejecidos durante largos períodos (y mucho menos en barricas de roble).

Uno de los vinos más conocidos por este proceso es el Beaujolais nouveau francés, aunque esta modalidad de fermentación se está extendiendo a otros viñedos. 

Tras la maceración carbónica el mosto restante se hace fermentar de forma tradicional.

Fermentación Maloláctica

En paralelo con la fermentación, se produce una reacción similar denominada fermentación maloláctica en la que actúan bacterias lácticas presentes de forma natural en la uva para convertir el ácido málico en ácido láctico reduciendo la acidez del vino.

La fermentación maloláctica es completamente imprevisible, pero los viticultores procuran que ocurra al mismo tiempo que la fermentación alcohólica mediante levaduras. 

Este proceso se comenzó a comprender con Pasteur, pero no se perfeccionó hasta 1.935 con Flanzy.

Hoy en día se practica la inoculación artificial de bacterias lácticas en la fase de fermentación, con el objetivo de poder alcanzar la fermentación láctica. 

Las bacterias malo-lácticas pertenecen a tres géneros : Lactobacillus, Pediococcus y Leuconostoc. 

Existen factores limitantes de la fermentación maloláctica, uno de ellos es la temperatura (por debajo de 15oC es inexistente), las bacterias malolácticas son sensibles a bajos niveles de pH, de inhibidores (uno de los más conocidos es el ácido fumárico) y ácidos grasos (uno de los más efectivos es el ácido dodecanóico C12).

Es de creencia generalizada que una fermentación maloláctica controlada aumenta la calidad de los vinos.

Entre los beneficios de esta fermentación, se encuentra: la reducción de la acidez (acidez titulable o acidez titratable). 

Existe un cambio en los sabores del vino final debido a la presencia de ésteres volátiles (2,3-butanodiol), así como una apreciación amantequillada de algunos vinos tratados con este procesamiento.

Segunda fermentación

Méthode traditionnelle

Los vinos espumosos tienen una segunda fermentación en la botella. 

El desarrollo comercial de este tipo de vinos no llegó hasta comienzos del siglo XVII, cuando los avances en las botellas y en los tapones de corcho alcanzaron un nivel suficiente como para permitir las altas presiones que se generan en una fermentación cerrada.

Entre los vinos espumosos más famosos se encuentra el champagne, el Asti y el cava, entre otras denominaciones de origen. 

A tenor del Reglamento (CE) No1493/199 del Consejo de 17 de mayo de 1999 por el que se establece la organización común del mercado vitivinícola.,esa segunda fermentación en botella no debe ser calificada como"champanés" "champenoise" o "champenois". 

Proporciona las siguientes alternativas : “fermentación en botella según el método tradicional”; “método tradicional”; “método clásico” y “método tradicional clásico”. 

En inglés se suele llamar “sparkling wine” a aquel cuyas burbujas proceden del procedimiento llamada natural. 

Si procede de inyectarle gas, se le llama “carbonated wine”. 

Este último a tenor de la legislación comunitaria se llama vino "espumosos gasificado". 

La segunda fermentación hace que la concentración de gas se eleve y quede un vino espumoso agradable y chispeante al paladar. 

Otros vinos sufren una fermentación malo-láctica en la botella. 

Este es el caso del vinho verde de Portugal. 

Desde el siglo XIX es posible que al vino se le inyecte dióxido de carbono a presión, lo que origina las burbujas de forma no tradicional (es decir sin que proceda de la fermentación alcohólica). 

Esos vinos gasificados suelen considerarse de inferior calidad.