Có một số giai đoạn chủ chốt trong quy trình rang cà phê và thời gian diễn ra của từng giai đoạn cụ thể phụ thuộc rất nhiều vào hồ sơ rang (profile) mà người thợ rang muốn triển khai cho một mẻ rang. Sau đây là những giai đoạn cơ bản của quá trình rang và những biến đổi trong các quá trình đó.
Giai đoạn 1: làm khô (drying)
Từ 7 đến 11 phần trăm trọng lượng của 1 hạt cà phê nhân là nước, chia đều trong cấu trúc hạt. Hạt cà phê không thể chuyển sang màu nâu nếu trong hạt còn chứa nước, điều này tương tự như việc nấu chín các loại thực phẩm khác.
Sau khi hạt cà phê được đổ vào máy rang, sẽ mất một khoảng thời gian nhất định để hạt cà phê hấp thụ 1 lượng nhiệt vừa đủ để nước có thể bốc hơi, do đó quá trình làm khô cần 1 lượng nhiệt và thời gian tương đối lớn. Hạt cà phê sẽ ít thay đổi về màu sắc hay mùi vị trong 1 vài phút đầu của giai đoạn này.
Giai đoạn 2: Chuyển vàng (yellowing)
Khi nước đã bốc hơi khỏi hạt cà phê thì phản ứng chuyển nâu bắt đầu đầu tiên. Tại bước này, hạt cà phê vẫn còn rất cứng và đặc, xuất hiện hương của gạo basmati (1 loại gạo của Ấn Độ) và 1 ít hương bánh mì. Sau đó, hạt cà phê bắt đầu nở ra và lớp vỏ lụa sẽ bong ra. Lớp vỏ lụa này được tách khỏi hạt cà phê bởi luồng gió được thổi vào lồng rang và sau đó sẽ được gom lại 1 cách an toàn để tránh cháy.
Hai giai đoạn đầu tiên là vô cùng quan trọng: nếu hạt cà phê không được làm khô đúng cách thì nó sẽ không được rang đều trong các giai đoạn tiếp theo và có thể mặc dù lớp bên ngoài cà phê được rang tốt thì phần bên trong vẫn có thể chưa chín. Những hạt cà phê như thế sẽ không thể ngon được, do hương vị của nó sẽ bao gồm vị đắng ở lớp bên ngoài kết hợp với vị chua và vị cỏ đến từ phần chưa chín bên trong. Làm chậm lại quá trình rang sẽ không giúp mẻ rang tốt hơn được vì các phần khác nhau của hạt cà phê được sẽ tương tác với nhiệt bằng những cách khác nhau.
Giai đoạn 3: nổ lần đầu ( first crack)
Khi phản ứng chuyển nâu của hạt cà phê bắt đầu tăng tốc thì cũng là lúc khí ga (chủ yếu là khí Co2) và hơi nước hình thành bên trong hạt cà phê. Khi áp lực bắt đầu gia tăng, hạt cà phê sẽ bể ra, tạo nên 1 tiếng nổ và gần như tăng kích thước gấp đôi. Từ giai đoạn này, hương vị cà phê đặc trưng sẽ bắt đầu xuất hiện và người rang cà phê có thể dừng quá trình rang bất cứ khi nào họ muốn từ lúc này.
Người rang cà phê phải quan sát được thời điểm mà tốc độ tăng nhiệt của hạt cà phê bắt đầu giảm cho dù lượng nhiệt đưa vào vào là không đổi. Thất bại trong việc bổ sung đủ lượng nhiệt cho cà phê sẽ khiến quá trình rang bị trì hoãn, làm hạt cà phê bị nướng cháy, dẫn tới chất lượng giảm sút.
Giai đoạn 4: Phát triển hương vị ( Roast development )
Sau khi nổ lần đầu ( first crack), bề mặt hạt cà phê sẽ trơn láng hơn nhưng vẫn chưa được trọn vẹn. Giai đoạn này sẽ quyết định màu sắc và độ rang của hạt cà phê. Lúc này, người rang sẽ lựa chọn sự cân bằng giữa vị chua và vị đắng của hạt cà phê, vì vị chua sẽ giảm rất nhanh trong khi vị đắng sẽ tăng lên khi quá trình rang tiếp tục.
Giai đoạn 5: Nổ lần hai (second crack)
Tới giai đoạn này, hạt cà phê sẽ nổ lần 2 nhưng với âm thanh nhỏ hơn. Lúc này, lượng dầu sẽ bắt đầu tràn ra bề mặt của hạt cà phê, hầu hết vị chua đã biến mất và hương vị đặc trưng “thông thường” của cà phê sẽ hình thành. Hương vị này không phụ thuộc vào giống cà phê được dùng vì nó là kết quả của việc đốt cháy cà phê do đó không còn giữ lại được hương vị tự nhiên ban đầu của hạt cà phê nữa.
Tiếp tục quá trình rang sau khi nổ lần hai có thê khiến hạt cà phê bốc cháy, điều này là vô cùng nguy hiểm đặc biệt là với số các máy rang thương mại lớn.
