發酵生產過程是非常復雜的生物化學反應過程，涉及細胞的生長、生理和繁殖等生命過程，又涉及細胞分泌的各種酶所催化的生化反應及其影響因素的多酶反應過程等諸多因素。發酵（培養）的生產水平不僅取決于生產菌種本身的性能，還取決于合適的環境條件。研究和了解與生產菌種相關的環境條件，采取各種不同方法測定生物代謝過程中代謝變化的各種參數，如pH、溫度、溶解氧、罐壓、攪拌速度、空氣流量、基質含量、黏度、產物濃度、氧化還原電位、尾氣中的氧及二氧化碳等掌握代謝過程的變化情況，得到菌體比生長速率、產物比生長速率、氧及糖的比消耗速率，并結合代謝控制理論，掌握菌種在發酵（培養）過程中的代謝變化規律，進行合理的生產工藝控制，才能有效控制發酵過程，使生產菌種始終處于生長與產物合成的優化環境中。

不管是微生物發酵還是動植物細胞的培養過程，均是細胞按照生命固有的一系列遺傳信息，在所處的營養和培養條件下，進行復雜而細微的各種動態的生化反應的集合。為了充分表達生物細胞的生產能力，對某一特定的生物來講，就要研究細胞的生長發育和代謝等生物過程，以及各種生物、理化和工程環境因素對這些過程的影響。因此研究菌體的培養規律、外界控制因素對過程影響及如何優化條件達到最佳效果是發酵工程的重要任務。