Biji kakao yang sudah diambil dari buahnya ini difermentasikan antara 2-8 hari. Berubah dari warna putih menjadi kecoklatan. Fermentasi merupakan suatu proses produksi suatu produk dengan mikroba sebagai organisme pemroses.
Fermentasi biji kakao merupakan fermentasi tradisional yang melibatkan mikroorganisme indigen dan aktivitas enzim endogen. Fermentasi biji kakao tidak memerlukan penambahan kultur starter (biang), karena pulp kakao yang mengandung banyak glukosa, fruktosa, sukrosa dan asam sitrat dapat mengundang pertumbuhan mikroorganisme sehingga terjadi fermentasi.
Selama fermentasi, suhu biji naik menjadi 45 – 50°C yang mematikan biji (menghentikan germinasi) dan meningkatkan keasaman biji. Selain itu juga terjadi pembentukan warna dan flavor serta degradasi parsial komponen penyebab rasa pahit dan kelat. Pulp yang menempel pada biji coklat terdekomposisi secara enzimatis menjadi cairan yang larut air.
Setelah fermentasi selesai, biji dikeringkan hingga kadar air mencapai 6 – 8%. Proses pengeringan bisa dilakukan dengan cara penjemuran atau menggunakan oven pengering (55 – 66°C). Di beberapa negara, termasuk Indonesia, dilakukan pencucian biji sebelum dikeringkan. Walaupun akan memperbaiki penampakan biji, tetapi pencucian yang berlebihan beresiko untuk meningkatkan kerapuhan biji. Biji coklat yang telah kering ini baru dikirim ke pabrik untuk diolah menjadi coklat.