面包在烘烤的过程中，表面会变成棕黄色，散发出好闻的香味。这是因为烘烤过程中发生了一系列化学反应，其中最主要的是美拉德反应（maillard reaction）。这个反应非常复杂，到现在也没有完全搞清楚。简单说来，美拉德反应就是在高温下，糖跟氨基酸发生的反应。这个反应会释放出一些香味物质，同时聚合产生一些深颜色的物质。烤肉过程散发出的特有的香味，也主要是来自这一反应。
如果烤的时间过长，面包会被烤焦，变成黑色。这时面包还发生了焦糖化反应。在持续高温下，面粉中的淀粉分子会裂解成小分子的糖。这些糖会发生分子结构的转化，形成一些挥发性的物质，其中的一些也会带来烘烤的香味。还有一些分子会重新聚合，形成焦糖色素。作为一种合成色素，焦糖色素被广泛应用于现代食品中。可乐的黑色就是焦糖色素产生的。
如果烘焙温度过高，面包还会“碳化”。面粉的主要成分是淀粉，占到80% 以上。淀粉和蛋白质都是含有大量碳元素的有机物。在没有水的情况下加热，即使温度没有高到足以燃烧起来，这些有机物也会裂解。氢、氧等其他元素逐渐失去，只留下碳以及矿物质成分。这些留下的碳，就是黑色的了。当然，这样黑乎乎的面包是不宜食用的。