对于烘烤制作的食品，火候的掌握对产品质量有着至关重要的影响。因此，在焙烤食品行业中才有“三分做，七分火”之说。所谓“火”即火候，指烘烤设备的性能、操作时的烘烤温度、时间和烤室中湿度等因素。只有这些条件都配合得当，才能烤出品质优良的蛋糕制品。所以，了解蛋糕的烘烤原理及烘烤过程对掌握好“火候”是十分重要的。
将蛋糕面糊浇注进烤模送入烤炉后，烤室中热的作用改变了蛋糕面糊的理化性质，使原来可流动的黏稠状乳化液转变成具有固定组织结构的固相凝胶体，蛋糕内部组织形成多孔洞的瓤状结构，使蛋糕松软而有一定弹性；而面糊外表皮层在烘烤高温下，糖类发生棕黄色和焦糖化反应，颜色逐渐加深，形成悦目的黄褐色泽，散发出蛋糕特有的香味。
由于蛋糕面糊体积较大、较厚，且呈可流动黏稠的糊状，在烘烤过程中，仅可以看到体积胀发定型、脱水和上色这3个阶段，这3个阶段几乎在同一时间内完成，并且很难区分开。所以，蛋糕的烘烤过程可按蛋糕面糊温度上升情况，分成初期、中期和后期3个阶段。
1.烘烤的初期阶段。在烘烤过程中，当奶油蛋糕面糊的温度上升至37-40℃时，其乳状液有较大变化（在这一温度范围内，海绵蛋糕面糊没有发生什么变化），其中的天然奶油、人造奶油和起酥油等脂肪在温度发生变化时，固体脂肪指数百分比也发生变化。如温度逐渐升高，它们的固体脂肪指数百分比会随之减少。当奶油蛋糕面糊的温度上升到37-40℃时，其乳状液会发生以下3种变化：
（1）不规则形状的脂肪晶粒熔化，卷缩聚集形成许多细小的球形油滴。
（2）从原来以脂肪为连续相、水为分散相和油包水（W/O）型的乳状液转变成以水为连续相、脂肪为分散相、水包油（O/W）型的乳状液。
（3）细小的空气泡从油相转移到水相。调制奶油蛋糕面糊的标准温度一般在20-22℃，这时空气泡被包围在脂肪相中。当温度上升至35-37℃时，脂肪熔化聚集成细小的油滴，空气泡离开油相而进入水相。在此过程中，空气泡发生破裂的情况不多。这是因为鸡蛋蛋黄中的脂蛋白，如同乳化剂一样能在空气界面间起保护作用，使泡沫趋于稳定之故。
2.烘烤的中期阶段。烘烤的中期阶段，是指蛋糕面糊的温度从初期阶段一直到面糊发生凝固之前这一温度段，大体上是在40-70℃之间，或者更高一些（视面糊中砂糖用量而异）。在烘烤的中期阶段，蛋糕面糊仍旧是乳状液体状态，脂肪被熔化成细小的油滴，空气泡和其他的固物料，都被分散包围留在连续的水相中，变化不大。但空气泡的直径增大，引起整个蛋糕面糊体积膨胀，面糊发生对流，出现自身流动现象。
在烘烤过程中，由于热的作用使蛋糕面糊的温度逐渐升高，其中所包含空气泡的直径也随温度的升高而增大。使空气泡直径增大的主要原因是部分水分受热之后所形成的蒸气进入蛋糕面糊中原有的空气泡中，以原有的空气泡为基础，增加了空气泡中的压力，使空气泡的直径进一步增大。另外，还有化学疏松剂的受热分解所产生的二氧化碳等气体也可能形成新的空气泡。
据资料介绍，不添加化学疏松剂的奶油蛋糕面糊中原有的空气泡自身的热膨胀，在经过烘烤后的奶油蛋糕的总膨胀率中蛋糕面糊仅占7%-8%,而另外的92%-93%的热膨胀率则是水蒸气进入到原有的空气泡中增大了压力而形成的。将奶油蛋糕面糊中的空气全部排除，再进行烘烤，则水蒸气失去作为基础的空气泡，蛋糕根本不会膨胀。
即使在这个没有空气泡的蛋糕面糊中添加化学疏松剂，烘烤之后虽然蛋糕体积也会膨胀增大，但内部孔洞大且粗，制品品质低劣。由此可见，蛋糕面糊中原有的空气泡对蛋糕的体积膨胀增大和品质的优良与否起着关键的作用。在烘烤时，蛋糕面糊中直径大的空气泡容易发生合并上浮破裂而消失，空气泡直径越大越易上浮破裂。因此，蛋糕面糊中空气泡直径越小，数量越多越好，而化学疏松剂只是起辅助蛋糕体积增大的作用。
蛋糕面糊是一种黏稠的乳状液，在浇注入模成型时体积一般都较大而且厚。烘烤时由于上表层直接受到辐射热，温度上升较快，使上表层面糊首先凝结成一层固态皮膜。因皮膜的温度高于其下方蛋糕面糊的温度，在皮膜与面糊之间蒸发层的热量被不断地逼向内层面糊，使面糊内的水分逐层吸热变成水蒸气。而皮膜层阻止了水蒸气的挥发，致使水蒸气留在蛋糕体内，将蛋糕体积撑大。
蛋糕底面与周边由于有烤模存在，受热开始时，这些部位的面糊与上表层面糊的受热情况略有不同。面糊刚入模时，炉内辐射热被烤模阻挡而使其温度要比上表层低些，这时此处的面糊还未凝结且能流动。但是，其相对密度因受热膨胀而降低，其黏度也随之减少，这时的面糊就会与内层面糊产生对流，热面糊上升，冷面糊（内层面糊）下降。当烤模温度上升至能使面糊凝结时，热传递就与上表层加热的情形相似了。
3.烘烤的后期阶段。烘烤的后期阶段是指蛋糕面糊的温度已达到面糊凝固、体积膨胀停止，制品内部形成膨松固定的糕瓤结构，外表层在高温烘烤下产生棕黄色，直至变熟。
蛋糕面糊在烤炉中烘烤时，可以从烤炉视孔观察到面糊体积膨胀。当膨胀停止时即可发现有较多水蒸气从炉门缝隙处泄出，此时中心部位的面糊已凝固生成蛋糕结构，但硬度尚不足。若此时取出蛋糕，或蛋糕发生碰撞，会因其抵挡不住蛋糕上层的重量而引起坍塌，严重影响制品品质。
蛋糕表层色泽由浅黄逐渐加热变成棕黄色，这种变化一般称之为“上色”.在上色的同时也产生了一种特殊的香味。“上色”是糖的羟基化合物与蛋白质中的氨基化合物在较高的温度下产生的反应所形成的。蛋糕表层上色以棕黄色反应为主，但在更高的温度下烘烤，配方中的糖本身也会产生焦糖化反应，在形成黑褐色的同时，也伴有一定的焦糖香味产生，且略带有苦味。这时若再继续烘烤，面粉等原料将炭化形成黑色，即为烘烤过度，应尽量避免这种情况的发生。
糖类中砂糖不易上色，葡萄糖、蜂蜜和饴糖等则较容易上色。鸡蛋中含有少量葡萄糖，面粉中含有少量阿拉伯糖、木糖等戊糖也很容易上色。面粉和鸡蛋的蛋白质也能与糖类起棕黄色反应。棕黄色反应在常温下也能缓慢进行，但反应程度有限。温度每上升10℃，其反应速率便可增加3-5倍。当表层温度在150℃以上，棕黄色反应进行得最激烈，在200℃以下焦糖化反应加快。
在烘烤的后期阶段，由于蛋糕面糊自身流动停止，蛋糕表面直接处于烘烤高温下，表层水分很快蒸发，其失水速度大于内层水分向表面移动补充的速度。随着烘烤时间的延长，干燥的表层逐渐加厚，因而阻碍了内层的水分通过表层向外蒸发，使蛋糕外表层的温度接近烘烤温度，蛋糕上色速度快。所以，在烘烤的后期阶段，应密切注意上色适度与否，以求制品色泽基本一致。