Le principali materie prime per la fabbricazione della birra sono 4:
- cereali
- luppolo
- acqua
- lievito


I cereali sono piante erbacee che, partendo dall'acqua e dall'anidride carbonica presente nell'aria, sintetizzando l'amido, il quale viene accumulato nei semi. Il Birraio utilizza l'amido trasformandolo dapprima in zuccheri (per azione degli enzimi presenti nei semi dei cereali stessi) e successivamente in alcool ed anidride carbonica per azione del lievito. Il cereale più importante è l'orzo.
Sono principalmente tre i motivi per cui l'orzo è la materia prima fondamentale di tutte le birre:
- l'orzo cresce bene in tutti i climi (e ciò spiega la grande diffusione della birra nel mondo);
- le scorze dei chicchi d'orzo sono utili durante la maltazione e durante la fase di filtrazione del mosto; - l'orzo è ricco di enzimi
Nell'orzo gli enzimi sono in grado di trasformare sostanze complesse in sostanze semplici: per es. l'amido in zucchero. Senza orzo la birra non potrebbe essere prodotta. Nel mondo circa 20 milioni di tonnellate d'orzo vengono attualmente dedicate alla produzione di malto per birra (corrispondenti a circa 15kg per ogni ettolitro di birra). Vi sono numerosi tipi e varietà di orzo. L'orzo migliore per la birra è quello che viene seminato in autunno e raccolto a giugno. Si tratta di varietà selezionate e pure di orzo a due ranghi ("distico"), ossia i chicci che si sviluppano sulle spighe puntano e crescono solo in due direzioni. Le caratteristiche più importanti dell'orzo sono l'umidità (che deve essere inferiore al 15%), la capacità germinativa (non inferiore al 95%), la ricchezza enzimatica ed il contenuto proteico. Da quanto detto fini qui emerge chiaramente che l'arte del Mastro Birraio ed il segreto della qualità della consistono nella scelta e nella sapiente miscelazione di diversi cereali e tipi di materie prime. E' così che i Birrai, con un'appropriata tecnologia di produzione (la "ricetta") e con il rigoroso mantenimento degli impianti in condizioni igieniche perfette, riescono a soddisfare i gusti individuali dei Consumatori.

Le birre dell'antichità, prodotte senza luppolo, avevano certamente un sapore dolciastro che per il consumatore d'oggi non sarebbe accettabile. Oggi la coltivazione del luppolo è praticata in numerosi Paesi birrai compresi fra il trentesimo e cinquantesimo parallelo, sia a nord che a sud dell'Equatore. Il luppolo è una pianta rampicante dioica: i fiori maschili e quelli femminili crescono su individui diversi. Si sviluppa una radice (rizoma) perenne, i cui tralci crescono, sostenuti da pali, fino ad un'altezza di circa 6 metri. A fine estate le piante di luppolo producono delle infiorescenze (corimbi). A completa maturazione delle infiorescenze i tralci vengono tagliati alla base e si raccolgono i "fiori". Per la birra si utilizzano solo i fiori femminili non fecondati, che conferiscono un aroma più puro. Le infiorescenze femminili sono ricche di una polvere giallognola chiamata luppolina che contiene le caratteristiche "resine" (umulone,lupulone ed altre ancora, ma di minore importanza), gli oli essenziali (o eterei). I tannini (o polifenoli) invece, sono contenuti nelle parti verdi delle infiorescenze. Le resine conferiscono alla birra il sapore amaro ed esercitano un'attività antibatterica, e ciò spiega perchè nella birra non possono svilupparsi batteri patogeni. Infine, in combinazione con le componenti proteiche della birra, le resine rendono persistente la schiuma (senza luppolo, la schiuma si dissolverebbe immediatamente). Alcuni degli oli essenziali contribuiscono al profumo della birra. I tannini, infine, coagulano le proteine durante la cottura del mosto, rendendo così possibile la chiarificazione della birra.

Nella fabbricazione della birra e, soprattutto per il sapore della birra finita, la composizione salina dell'acqua è di grande importanza, in quanto i sali dell'acqua entrano in combinazione con i componenti dellla birra. Per le birre chiare sono raccomandate acque dolci (basso contenuto di sali), mentre per le birre scure sono più adatte acque dure (elevato tenore di sali).In passato le fabbriche di birra erano costrette ad utilizzare l'acqua così come sgorgava dai pozzi o dalle sorgenti prossime allo stabilimento. Oggi le tecnologie di trattamento dell'acqua (es. resine a scambio ionico) consentono di ottenere, da qualsiasi acqua un'acqua con la composizione ideale.


Il lievito è un microrganismo unicellulare: le sue singole cellule sono visibili solo al microscopio. Il lievi trasforma lo zucchero del mosto in alcool ed anidride carbonica. L'alcool è l'elemento caratterizzante della birra mentre le bollicine di anidride carbonica consentono alla birra di avere il perlage e di formare la schiuma. Nella fermentazione del mosto da birra il lievito forma non solo alcool ed anidride carbonica, ma anche un gran numero di altri composti. Questi ultimi sono detti secondari, perchè presenti nella birra finita solo in minime quantità, ma in realtà sono di primaria importanza per le caratteristiche qualitative della birra. Si tratta soprattutto di esteri e di alcoli superiori. Essi derivano soprattutto dai composti azotati del mosto e, insieme agli oli eterei del luppolo, caratterizzano l'aroma della birra. I tipi principali di lievito da birra sono due: a fermentazione bassa e a fermentazione alta. Il lievito a fermentazione bassa opera al meglio a temperature attorno ai 10°C, mentre il lievito a fermentazione alta preferisce temperature comprese tra 15 e 25°C. Durante la fermentazione il livito si riproduce da 3 o 4 volte, ossia si "auto-ringiovanisce".