红茶初制的特有工序，是决定红茶色、香、味品质的关键。

制茶发酵的机理，现已探明是鲜叶细胞组织的损伤，细胞膜透性增大，细胞代谢失调，致使液泡中的多酚类化合物和原生质、叶绿体、线粒体中的多酚氧化酶等氧化酶类充分接触，多酚类化合物在氧分子的参与下发生激烈的酶促氧化反应，产生醌类物质。醌类缩合后进一步转化成茶黄素、茶红素和其他深色物质。与此同时，其他内含物，如氨基酸、类胡萝卜素、类脂物质以及其他香味物质等也引起一系列化学反应，为产生红茶的色、香、味物质创造条件（见红茶化学）。

发酵通常是从揉捻开始的，即通过揉捻（或揉切）作业中的曲压力作用，使叶细胞损伤接触空气，多酚类酶促氧化聚合作用便加速进行，发酵也就开始。制红茶的揉捻（或揉切），要求细胞损伤率高达90%左右（用10%浓度重铬酸钾溶液浸泡法测定）。

发酵的技术因素有温度（叶温）、湿度（含水量）和通气（氧气）。发酵最适温度，因不同地区、不同茶树品种和不同季节而异。如祁红茶区为24℃左右，中非茶叶试验站资料为15℃，印度托克莱茶叶研究所资料（1978年）为26.6～29.4℃。斯里兰卡和印度的研究还表明在供氧充足条件下，“发酵”温度可以超过32℃，甚至达到40℃。中国研究表明先高温（32～40℃）、后低温（15～18℃）的降温发酵法，对红茶品质更有利。

发酵反应需要氧的参与。发酵初期氧化速度大，单位时间吸氧量多，后期需氧量逐渐减少。为使发酵叶从周围空气中吸收足够的氧气，发酵叶摊放不宜厚。嫩叶比老叶要薄些，颗粒形红茶比条形红茶要薄些。发酵初期要充分翻拌，松散摊放，让发酵叶间隙充满空气，强化供氧，能加速发酵作用，对红茶品质有利。所以，有的增添鼓风设备对发酵叶吹风。有鼓风设备的摊叶厚度可达40厘米上下，通常摊叶厚度为5～10厘米左右。

制茶发酵作用，只有在一定水分含量下才能正常进行。发酵叶的水分含量，决定于萎凋程度。要求发酵叶周围保持湿度在90%以上，如果水分含量低于50%，则发酵叶色变青灰，成茶叶底呈现“暗叶”，香低、味淡。一般认为水分含量高，有利于形成较多的茶黄素。含水量不同，发酵作用的产物组合和配比不同，可能形成的品质风格亦异。如含水量60%左右，可获得味浓醇和玫瑰花香型的成茶；70%左右的含水量容易得到味强烈、鲜爽度好的花香型的成茶。但是含水量太多，叶子为一层水膜所包围，也会影响发酵作用的正常进行。

发酵过程，叶色由绿变青、变黄、变红、变褐、变黑。褐色是“发酵”作用过头的标志，对红茶品质极为不利。以发酵叶获得青黄色或黄红色为适度，具体掌握要依花色品种和老嫩度的不同而异。总的要求是获得较多的茶黄素含量和叶绿素分解得较多，而且形成茶红素较少。发酵程度的掌握在生产上习惯以偏轻为宜。

发酵方法有自然发酵和机械发酵两种。自然发酵是将揉捻叶均匀地抖散在发酵盒上，放置于恒温、高湿、空气流通的发酵室内，让其自然地发酵。机械发酵设备，有发酵车和连续发酵的发酵机（见发酵设备）。