焦糖化反應就是在只有糖類存在的條件下，加熱至熔點溫度（一般 180℃ 以上）時，會因發生脫水或降解反應而發生褐變反應，這種反應稱為焦糖化反應。

可見糖在高溫條件下發生的焦糖化反應主要是脫水和降解反應。

首先說脫水反應，是糖在高溫時，糖分子內脫水而向分子內引入雙鍵，然後裂解產生一些揮發性的醛、酮等物質，進一步進過縮合或聚合反應生成焦糖或醬色。

其次糖在高溫下，直接裂解為醛和酮等物質，進一步在環內縮合或聚合形成粘稠狀的黑褐色物質。以上可以看出，焦糖其實是一種混合物，主要是一些含吡喃酮、呋喃酮、酚、酸與酯等物質。

焦糖化反應在應用過程中會根據需求新增部分催化劑，常用到的催化劑有銨鹽、磷酸鹽、蘋果酸、延胡索酸、檸檬酸等。

不同催化物會產生的焦糖會存在不同的焦糖色、溶解性和酸性等。比如，採用硫酸氫銨（NH44424）做催化劑產生的焦糖會應用於啤酒的著色劑等，還有直接熱處理產生的焦糖會應用與焙烤類食品等。不過值得注意的是用含有銨離子的催化劑可能在高溫條件下產生 4 - 甲基咪唑，這種物質認為具有一定的致癌及致驚厥的作用，這也是焦糖在可樂等飲料中限量的一個原因之一。

焦糖化反應在食品工業中應用還是挺廣的，並不會產生苯並芘。