La fermentación comienza en cuanto se apaga la amasadora. La levadura consume en minutos el oxígeno que haya en la masa al final del amasado, y la fermentación sigue su estado anaeróbico, es decir, en ausencia de oxigeno.
Como norma, la fermentación se inicia o bien con el uso de un fermento natural, elaborado a partir de un cultivo de masa madre que el panadero conserva, y añadido a la masa en el momento del amasado para generar la fermentación; o bien con el uso de masa de levadura como un poolish, biga o una masa fermentada; o bien con el añadido de levadura de panadero a la masa, o bien con el uso combinado de dos o más de lo anteriores métodos. Durante la primera fermentación es donde se genera la mayor parte del sabor del pan.
La producción de ácidos orgánicos durante la fermentación es muy importante para el desarrollo del sabor del pan.
Existen cuatro pasos claros e interconectados en la fermentación de masas de pan y un quinto que es también normal. El primer paso es la fermentación o reposo en bloque que comienza en el momento en que se apaga la amasadora. La masa puede plegarse una, dos o incluso tres veces antes de dividirla. Tras la división y el boleado comienza la segunda fase de la fermentación: el reposo en piezas. La producción de ácidos orgánicos durante la fermentación es muy importante para el desarrollo del sabor del pan. Estos ácidos también aumentan la conservación del pan una vez cocido. Otro resultado de la fermentación de la masa es la producción de dióxido de carbono, un subproducto de la actividad de la levadura. Cuando los panes han sido formados comienza la tercera fase (en pieza). La última fase tiene lugar cuando el pan se mete en el horno. Esta fase que constituye la expansión inicial del pan en el horno, es corta ya que la actividad de la levadura disminuye rápidamente por encima de 35ºC. Aunque la fermentación puede darse a temperaturas comprendidas entre los 0ºC y los 55ºC, existe un rango óptimo. Para los panes de trigo, esta horquilla oscila entre los 24ºC y los 26ºC, mientras que para los panes de centeno es al menos un par de grados más alta. Hay que tener en cuenta que a pesar de que las levaduras apenas tienen actividad por encima de los 47ºC, ésta no muere hasta cerca de los 60ºC. Cuando se ha alcanzado este punto, cesa toda la fermentación. Cuando se usan masas madre se produce una fase opcional de fermentación. Las horas de actividad de las levaduras que suceden mientras la masa madre madura son una fase diferente de la fermentación.
