现代科学技术虽还未能认识焦糖反应的机理，但对非酶褐变反应的前期机理及反应生成物却已有了明确的认识。一般认为，焦糖反应有两种类型：一类是在有胺伴随下的美拉德反应，即由葡萄糖+NH3-R生成雪夫氏碱（SehiffsBase)，进一步加热生成N-取代葡基胺（N-substitutedqlycosylanine).另一类是纯焦糖化反应（单纯地加热葡萄糖的焦化反应），即在相当高的高温下（大约200℃）使碳水化合物产生醛类，然后缩合成染色成份。两类反应都能产生醛类和二羰基化合物，但美拉德反应渗入含氨成份，此反应机制可粗略地归纳为3步：

第1步：启动反应。A、糖-氨结合；B、阿马都利（Amadori)分子重排反应。

第2步：降解反应产生具有强紫外光吸收的无色物，释放二氧化碳。C、糖脱水。D、环开裂。

第3步：缩合反应形成高分子量的强染色成份。E、醛醇缩合；F、醛-氨聚合和含氨杂环化合物的形成。