Чёрный чай окисляется полностью, а улун — только наполовину благодаря обработке листьев.

Разница между чаями определяется не сортом листа, а степенью ферментации — окисления полифенолов под действием ферментов, высвобождаемых при повреждении клеток листа. Зелёный чай почти не окисляется (5–10%), улун окисляется на 30–80%, чёрный чай — на 80–100%. Один и тот же лист чайного растения Camellia sinensis превращается в совершенно разные напитки в зависимости от продолжительности и условий окисления. Такое различие в обработке возникло исторически: если зелёный чай традиционно готовили в Китае, то чёрный развился позже, в частности благодаря спросу европейского рынка, требовавшего более стабильного и долгохранящегося продукта. Процесс начинается сразу после сбора листа: его скручивают и мминают, повреждая клеточные стенки. Из разрушенных вакуолей высвобождаются полифенолы и ферменты (особенно полифенолоксидаза), которые вступают в химическую реакцию с кислородом. На этом этапе производитель может остановить процесс нагреванием листа — как это делают при производстве зелёного чая — или позволить ферментации продолжаться часами. При производстве улуна листья частично окисляют, затем прерывают процесс, получая промежуточный результат. Чёрный чай требует полного окисления, при котором полифенолы превращаются в теафлавины и теарубигины — сложные молекулы, дающие интенсивный цвет и вкус.