Pour se multiplier chacun des microorganismes utilise, avec ses spécificités,  des éléments nutritionnels du milieu tels que sucres, acides organiques, vitamines et oligoéléments. La composition du milieu change donc en continu, et n'a pas la même composition selon la population qui s'y développe.

La fermentation alcoolique

Les levures fermentent les sucres du jus de raisin en alcool et autres produits comme le glycérol et divers acides. En même temps, elles utilisent aussi pour leur croissance de nombreux autres substrats et assurent d'innombrables réactions aboutissant à l'accumulation des composés du goût et des arômes du vin. C'est l'étape de la fermentation alcoolique, une phase très tumultueuse dans les cuves en raison d'un fort dégagement de CO2.

Les bactéries lactiques, momentanément inhibées par les levures, finissent par se multiplier quand la fermentation alcoolique est terminée. Les levures meurent, elles libèrent dans le milieu des facteurs de croissance favorables aux bactéries. Quand la population de bactéries lactiques est suffisante, la deuxième étape de la vinification démarre, c'est la fermentation malolactique. A nouveau, le vin subit d'innombrables transformations, change de goût et des arômes supplémentaires se développent.

La vinification est donc un processus biotechnologique naturel. La nature n’a pas attendu l’homme pour faire des biotechnologies, c'est-à-dire pour utiliser des organismes vivants pour fabriquer des produits alimentaires tels que le vin, la bière, les pain, les yaourts…

Une vinification réussie suppose que les levures et les bactéries se sont multipliées rapidement et chacune à leur tour : d'abord les levures puis les bactéries lactiques.

Mais le maître de chai peut aussi décider d'ajouter des préparations commerciales concentrées de levures ou bactéries sélectionnées, les levains. En effet, les levures et bactéries présentes sur le raisin peuvent être en quantité insuffisante pour déclencher les fermentations alcoolique et malolactique. Sans attendre le développement des populations indigènes, le producteur doit réagir pour éviter que des microorganismes d'altérations n'occupent la place et que la vendange ne s'altère. Egalement l'ajout de levains sélectionnés permet d'influencer la qualité aromatique du vin. Certaines levures sont choisies pour leur capacité à produire des arômes particuliers. Ou bien encore l'addition des levains a pour objectif de remplacer, ou au moins de limiter, l'intervention d'une microflore connue pour libérer des molécules indésirables.

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