焦糖的原理涉及糖類在高溫下的化學反應，這個過程稱為焦糖化反應（Caramelization Reaction）。焦糖化反應是一個複雜的褐變反應，其基本過程如下：
糖的分解：在高溫下，糖類如蔗糖、葡萄糖和果糖會開始分解，形成更小的分子和聚合物。
顏色和風味的發展：隨著溫度的升高，糖分子會重組成具有獨特顏色和風味的複合物。這些複合物包括多種聚合物，它們共同貢獻了焦糖的深褐色。
焦糖的風味：焦糖的風味包括多種化合物，如二乙醯基、呋喃、酯和內酯等，它們提供了複雜的「焦糖味」。
焦糖的苦味：隨著焦糖化反應的進行，糖中的結合水完全失去，糖會變成碳，從而產生苦味。
焦糖化反應的溫度取決於糖的種類。例如，蔗糖需要在170℃，葡萄糖大約需要150℃，而果糖在較低的溫度（約105℃）下就會焦化。在製作過程中，溫度的控制至關重要，因為溫度的變化會導致焦糖的風味和口感有顯著差異。例如，溫度越高，苦味會增加，而甜味會下降。
焦糖不僅是一種食品添加劑，也用於食品的著色，如醬油、糖果、醋和啤酒等。它是一種天然著色劑，廣泛套用於食品工業中。