Una volta che il caffè è arrivato nel paese dove verrà lavorato, inizia la fase nella quale le grane subiscono radicali modifiche per rendere il prodotto adatto al consumo, secondo gli usi e i costumi di ogni singola nazione.
La torrefazione è considerata la fase più delicata della lavorazione del caffè. Con questa operazione, i chicchi, modificandosi chimicamente e fisicamente, sviluppano le sostanze aromatiche che rendono il sapore del caffè molto gradito.
Il processo di torrefazione inizia quando le grane verdi vengono introdotte all'interno delle macchine torrefattrici . "Durante il processo il vero protagonista diventa il calore, infatti sotto il suo effetto il caffè viene modificato per così dire nell'"anima" e nel "corpo".
A 100°C i grani iniziano a cambiare colore, passando dal verde al giallo, iniziano a disidratarsi emettendo vapor acqueo ed un odore simile al pane tostato. Oltre i 120°C il colore inizia a diventare castano. La tostatura vera e propria dei chicchi inizia ad una temperatura di 160°C fino ad un massimo di 225°C; il ciclo completo, a seconda dei macchinari utilizzati, dura dai 12 fino al massimo 25 minuti.
Nel cilindro di tostatura i grani, via via che si abbrustoliscono, vanno modificando il loro stato ed il loro colore verso tinte brune.
Superati i 180°C le grane iniziano a sprigionare l'aroma, aumentando di volume, perdendo peso e acquistando lucentezza.
Con l'abbrustolimento, che deve essere arrestato al momento giusto, il processo chimico si conclude e il caffè viene fatto raffreddare rapidamente in vasche appositamente ventilate.
Il grado di torrefazione tuttavia varia da nazione a nazione, ed anche tra le diverse zone di uno stesso stato. In America centrale e settentrionale il caffè viene tostato molto chiaro, per poter offrire una bevanda bionda ed acidula. In America del sud, in Italia e in Francia invece si dice che la torrefazione viene portata più avanti per poter ottenere una bevanda piuttosto scura; addirittura in Italia accade che il livello di tostatura sia diverso tra le varie regioni, tendendo ad ottenere delle tostature più spinte e quindi più scure per i prodotti destinati alle regioni meridionali rispetto a quelli destinati alle regioni settentrionali.
La miscelazione delle varie qualità di caffè viene effettuata per amalgamare i vari aromi delle singole tipologie e può avvenire sia prima, che dopo la tostatura; infatti per poter ottenere un buon prodotto in tazza è necessario considerare molti fattori, come la provenienza del caffè, la qualità del prodotto, la dosatura della miscela e la tostatura.
Dopo la miscelazione uno dei nemici più pericolosi del caffè è l'usura del tempo. Anche i prodotti migliori perdono infatti la loro fragranza e deperiscono facilmente con il passare del tempo. Ciò è dovuto all'irrancidimento dell'olio di caffè, ma soprattutto alla perdita o all'alterazione nella composizione dei costituenti volatili dell'aroma del caffè.
La principale causa dell'alterazione è rappresentata dall'ossidazione diretta, per azione dell'ossigeno dell'aria, o dall'ossidazione indiretta, per azione di perossidi che si sono formati a loro volta per ossidazione dell'olio di caffè. Il deterioramento è ancora più veloce per il caffè macinato, perché la superficie a contatto con l'aria è più estesa.
Per assicurare al consumatore un prodotto che conservi inalterata tutta la sua bontà sono stati messi a punto metodi di conservazione ad alta tecnologia, come il confezionamento sotto vuoto e la pressurizzazione, che garantiscono al caffè sia in grana, sia macinato una lunga conservazione nel tempo e il mantenimento delle sue proprietà organolettiche.