在咖啡豆烘焙过程中，豆内的物质成分参与了各类化学反应，除此之外，咖啡豆还会失去水分。水的蒸发造成咖啡豆内部压力的增强和气体的逸出，因此改变了咖啡豆的体积，而咖啡豆的孔隙结构也会发生相应的物理变化。罗切斯特大学化学系Rebeckah Burkez在“Coffee Beans”(咖啡豆)一文中介绍了咖啡生豆和咖啡熟豆的孔隙结构区别，通过扫描电子显微镜照片对比发现：咖啡生豆的结构非常紧密结实，不见孔隙；相比之下，咖啡熟豆的密度显著降低，具有明显的网状孔隙结构。
热风烘焙咖啡豆不仅可以形成颜色和风味化合物，还会导致咖啡豆微观结构的完全改变。Escher团队使用体积法、水银孔隙率测定法(Mercury porosimetry)和电子显微镜技术来研究咖啡豆在不同烘焙条件下得到的产品的结构特性。该团队研究发现烘焙条件对微观结构有着较大的影响：与低温烘焙的咖啡豆相比，高温烘焙的咖啡豆具有更大的豆体积和孔体积，在细胞壁中具有更大的微孔，较大的微孔可以促进更快的脱气。
咖啡豆的孔隙结构深受烘焙过程和条件的影响。烘焙过程中使用热空气可以影响孔隙结构，进而影响咖啡豆内的传质过程。在进行手冲咖啡操作时，使用热水冲泡经研磨得颗粒尺寸合适的咖啡粉，可观察到研磨后的咖啡豆经历冲泡时明显的迅速释放二氧化碳的脱气过程。这些二氧化碳产生于烘焙过程中二爆前的裂解过程，它们被暂时“储存”在了咖啡豆内部的孔隙结构中。