調製後的煙葉經降解和氧化而改善其品質的過程。當煙葉被置於自然的或人為控制的環境條件時，由於自身內部的酶促與非酶促的降解和氧化反應（有時還有微生物參與），化學成分、物理特性將發生複雜變化。品質的提高主要表現在煙葉氣息和燃吸時煙氣中不愉快的生青氣和雜氣顯著減輕以至消失，令人愉快的煙香不同程度地顯露出來；刺激性和苦澀味減輕，煙味趨於醇和；燃燒性顯著改善，陰燃持火時間延長，煙灰的白度提高；煙葉顏色轉深，色澤趨於均勻，青色有不同程度減輕以至消失。廣泛採用的發酵方法有有陳化、堆積發酵和人工發酵。
陳化 又稱自然醇化，是將復烤（見煙葉復烤）後含水率約10～12％的煙葉，長時間（1～2年）存放在貯存條件良好的倉庫內，借助煙葉內部的緩慢化學反應，達到提高煙葉品質的一種溫和的發酵方法。對煙葉品質提高的效果很好，一般不致減弱其有利的品質因素。此法廣泛用於烤煙和白肋煙，中國多用於優質烤煙。
堆積發酵 將含水率較高的煙葉堆碼成一定體積的煙垛，借助煙葉自熱作用產生的熱量，促進煙葉的化學變化，以提高煙葉品質。此法多用於雪茄煙、紅曬煙等。
人工發酵 將煙葉置於能控制空氣溫、濕度等條件的專用室內，通過較高的空氣溫度（通常為50℃）和適宜的相對濕度，促進煙葉在較短期內發生類似陳化過程中的化學變化，達到提高煙葉品質的一種快速發酵方法。但該法會發生減弱有利品質因素的情況。東歐諸國將此法多用於香料煙，中國從50年代起應用於烤煙。