工夫红茶的发酵其实从揉捻就已经开始，但真正的发酵工序只有在最适条件下才能完成其内质的变化，以提高制茶品质。
红茶发酵的实质，是以多酚类化合物深刻氧化为核心的化学变化过程。
经过发酵，多酚类化合物发生了深刻变化，水溶性部分可进入茶汤，对茶质量有直接影响；一部分氧化产物茶黄素是茶汤高度、香味的鲜爽度和浓烈度的重要因素，茶红素是茶汤红浓度的主体，收敛性较弱，刺激性小。只有茶黄素与茶红素含量水平都高，而且比例适当才能形成优良品质。
据《云茶大典》中介绍，红茶发酵的时候要提供适宜多酚类化合物为主体的一系列化学变化条件，诸如温度、湿度、通气等。
首先温度，包括气温和叶温，叶温过高，氧化过于剧烈，茶香低味淡，色暗；反之，温度过低，氧化反应缓慢，发酵难以进行，因此发酵室的适宜温度应为25℃-28℃。
其次是湿度，发酵叶本身就含有水分以及空气中也存在着相对湿度。发酵叶本身的含水量影响着茶汁的浓度，浓度过高或过低，其化学作用都受到抑制，从而造成发酵不足或不匀；相对湿度可以维持叶内水分，不致因水分蒸发过快而造成发酵叶表层干硬，以影响正常的发酵。因此，发酵室相对湿度应保持在90%以上。
再有就是通气。发酵中物质氧化需要消耗大量的氧气，在缺氧气的条件下，发酵不能正常进行，发酵场所保持新鲜空气流通。摊叶厚度影响通气和叶温，摊叶厚度一般为8-12厘米，嫩叶薄摊，老叶厚摊，气温低要厚摊，气温高要薄摊，以保持通气良好，达到空气新鲜，供氧充足。
最后是发酵的程度。一般发酵到青草气消失，出现发酵叶特有的香气——一种清新鲜浓的花果香味；叶色春茶黄红，夏茶红黄，嫩叶红匀，老叶红里泛青。
