È la prima fase del processo di vinificazione, un complesso fenomeno biochimico che comporta la trasformazione degli zuccheri (glucosio e fruttosio) in alcol etilico (o etanolo), anidride carbonica e numerosi prodotti che vengono detti secondari poiché sono quantitativamente scarsi. Gli agenti di questo processo sono i lieviti presenti nell'uva, che si "cibano" degli zuccheri trasformandoli. Durante la fermentazione alcolica si sviluppa anche calore, ma il processo può cessare se la temperatura perviene ai 35-38 °C; in questo caso il mosto diventa preda di batteri che trasformano lo zucchero in mannite e fanno sì che si produca un liquido imbevibile.
Per prevenire questo pericolo (fermentazione mannitica) occorre arieggiare la cantina e fare scorrere un velo di acqua fredda sulla vasca di fermentazione; altri accorgimenti vengono adottati caso per caso nei singoli ambienti. Le più moderne vasche adibite alla fermentazione sono provviste di doppia camicia (intercapedine) ove scorre un liquido refrigerante o riscaldante che consente di controllare la temperatura del processo. Di fatto nelle zone settentrionali può verificarsi il pericolo inverso e cioé che la fermentazione non inizi per la temperatura eccessivamente bassa (10°C): evidentemente in questo caso si rende necessario riscaldare la cantina e il mosto.
L'inizio della fermentazione alcolica è segnalato dal gorgoglio prodotto dallo sviluppo del gas anidride carbonica; a causa di questo tipico rumore, in gergo la fermentazione viene detta ebollizione.