ใบชามักถูกหมักด้วยความช่วยเหลือของเครื่องหมักชาแต่ชาดำเป็นของการหมักของจุลินทรีย์จากภายนอก นอกเหนือจากปฏิกิริยาของเอนไซม์ของใบแล้ว จุลินทรีย์ภายนอกยังช่วยในการหมักอีกด้วย ในภาษาอังกฤษ กระบวนการผลิตชาดำเรียกว่า "ออกซิเดชัน" กล่าวคือ ออกซิเดชัน ในขณะที่ชาดำคือ "การหมัก" ที่แท้จริง

การหมักเป็นกระบวนการพิเศษในการผลิตชาดำ ในชาดำหลังจากนั้นเครื่องรีดชา การบิด กระบวนการตอกเสาเข็ม จริง ๆ แล้วเป็นกระบวนการหมัก อัดกองชาดำให้แน่น โรยด้วยน้ำ ชาดำในเครื่องแปรรูปชาดำหมักหลังจากควบคุมความชื้นและความร้อนได้ระดับหนึ่งแล้ว ตรงกลางฮีปเมื่ออุณหภูมิสูงถึง 70 องศาเซลเซียส ให้หมุนฮีปเพื่อให้อุณหภูมิสม่ำเสมอ ทำซ้ำหลายๆ ครั้ง ส่งเสริมบทบาทของเอนไซม์ภายในชา ควบคู่ไปกับการทำงานของจุลินทรีย์ เพื่อส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงของชา

เมื่อทุกอย่างถูกต้อง เมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์เอง ควบคู่ไปกับเอนไซม์นอกเซลล์ที่พวกมันหลั่งออกมา สามารถสลายโพลีฟีนอลในชา โพลีแซ็กคาไรด์ โปรโตเพคติน เทอร์พีน โปรตีน และสารอื่นๆ ในชาจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสีเข้ม กลิ่นหอมและรสชาติอันเป็นเอกลักษณ์ของชา

นอกเหนือจากการหมักแบบ Wadding แล้ว ชาดำยังมีการหมักขั้นที่สองที่ไม่เหมือนใคร หรือที่เรียกว่าการหมักหลัง ซึ่งเป็นแอปนักฆ่าที่แท้จริงของชาดำ

ขั้นตอนสุดท้ายของชาดำคือนำใบชามากดเป็นก้อนอิฐหรือเค้กโดยการใช้เครื่องกดเค้กชา เพื่อไปบนถนนชาอันยาวไกล บนถนนสายยาวนี้ ใบชามักจะถูกเก็บไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นและอุณหภูมิที่มีการระบายอากาศ และหลังจากการหมักตามธรรมชาติไม่กี่ปี กระบวนการนี้เรียกว่าการหมักขั้นที่สอง หรือที่เรียกว่าการหมักหลัง