Es uno de los procesos de post cosecha que más afecta la calidad de los productos obtenidos del cacao. Durante la fermentación, la pulpa es degradada por la acción de microorganismos, lo que provoca la elevación de temperatura, la producción de etanol, ácido láctico y ácido acético. Este proceso resulta en la formación de precursores de sabor y aroma del chocolate, que se desarrollarán durante el proceso de tostado. Los granos completamente fermentados presentan un color marrón oscuro.
Sin la fermentación, el cacao no desarrolla las características de sabor deseado durante el tostado.
Existen diferentes métodos de fermentación, siendo los más comunes: cajones de madera, rumas o montones y en sacos, ya sea de yute o polipropileno; sin embargo, los mejores resultados en la calidad del producto final se obtienen en cajones de madera.
El número de días de la fermentación no puede generalizarse, depende del material genético, el método de fermentación y la cantidad por fermentar. Por lo general el tipo criollo necesita de 3 a 4 días; el tipo trinitario requiere entre 5 a 6 días y los tipos forasteros necesitan de 5 a 8 días. Es importante también establecer la relación con los otros factores del ambiente que caracteriza cada zona productora.
Un indicador de fermentación satisfactoria es la presencia de un anillo periférico de color pardo, indicativo de que debe iniciarse el tendido del cacao para su secado.
Además, cuando se realiza un corte transversal del grano se observa un agrietamiento característico del grano fermentado y posee un sabor a chocolate.