湿热作用
湿热作用贯穿于黑茶渥堆的始终，在渥堆中起重要作用。在适宜的温度和湿度、氧气和适当筑紧的条件下，渥堆叶经长时间的湿热作用发生一系列化学变化。其中，以茶多酚为主的内含成分发生非酶促自动氧化，形成一系列初级产物和次级产物，蛋白质和氨基酸的分解、降解，碳水化合物的分解以及各产物之间的氧化缩合，生成更加复杂的化合物如茶褐素等产物，对黑茶的品质形成有重要作用。
微生物作用
渥堆过程是黑茶微生物快速增长的阶段，相比原料，真菌和细菌的个体数目在成熟的黑茶中含量更高。黑茶渥堆过程中的微生物主要有黑曲霉、青霉属、根霉属、灰绿曲霉、酵母属、土生曲霉、白曲霉、细菌类，其中黑曲霉最多，酵母次之；Blastobotrys adeninivorans、Arxula adeninivorans、芽孢杆菌等是渥堆中后期的优势种群；六堡茶渥堆发酵中微生物的变化，其中存在着大量的细菌、酵母、霉菌；雅安藏茶渥堆过程中主要的真菌种群是黑曲霉、塔宾曲霉、总状枝毛霉、炭黑曲霉、根霉等；茯砖茶渥堆过程中普遍存在的是假单胞菌、克雷伯氏菌、乳杆菌。此外，普洱茶的安全性，所有样品中均未检测到黄曲霉毒素和伏马毒素。
黑茶渥堆中微生物的变化是有一定规律的，细菌数目在渥堆初期大量增加，当渥堆温度达到一定时，霉菌大量繁殖，产生的双糖和多糖物质为酵母提供养分使酵母大量繁殖，细菌数目则减少。普洱茶渥堆一般堆温50～65 ℃、渥堆叶pH变化范围3～6，黑曲霉等嗜热真菌可以在50 ℃生长，塔宾曲霉和热带假丝酵母可在25～45 ℃、pH 5左右适合生长。微生物在代谢活动过程中，为了满足自身对碳、氮的需求，通过分泌胞外酶，实现各种物质的转化，同时呼吸放热加剧了湿热作用，促进黑茶品质的形成。
酶促作用
黑茶渥堆过程中的酶活性变化，发现渥堆过程中新的酶系统源自微生物代谢分泌的胞外酶，为满足自身生长繁殖需要，微生物通过代谢过程产生纤维素酶、果胶酶和淀粉酶等水解酶系，并使包括多酚氧化酶、过氧化物酶等在内的氧化酶系发生根本性变化，促进茶叶中内含物质的改变。其中，黑曲霉能产生多种水解酶，分解包括有多糖、脂肪、天然纤维、蛋白质、果胶等有机物，产物多为单糖、氨基酸、水化果胶和可溶性碳水化合物，从而形成黑茶甘滑、醇厚的品质。
黑茶渥堆过程中，同时存在着湿热、微生物、酶促作用，它们之间相互影响，相互促进，形成了黑茶特有的风味品质。
