Lên men công nghiệp là ứng dụng lên men có chủ đích trong quá trình sản xuất. Ngoài sản xuất hàng loạt đồ ăn và đồ uống lên men, lên men công nghiệp có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất. Hóa chất hàng hóa, chẳng hạn như acid acetic, acid citric và ethanol đều do lên men làm ra. Bên cạnh đó, gần như mọi enzym công nghiệp được sản xuất với mục đích thương mại (ví dụ như lipase, invertase và rennet) đều do lên men tạo nên bằng vi sinh vật biến đổi di truyền. Ở một vài trường hợp, sản xuất sinh khối là mục tiêu hướng tới của lên men, như ở trường hợp của protein đơn bào, nấm men làm bánh và giống vi sinh vật khởi động (starter culture) của vi khuẩn acid lactic dùng trong chế biến pho mát. Nhìn chung, lên men công nghiệp có thể được chia làm bốn loại:
Sản xuất sinh khối (vật liệu tế bào dễ kiếm) Sản xuất chất chuyển hóa ngoại bào (hợp chất hóa học) Sản xuất thành phần nội bào (enzym và các protein khác) Biến đổi cơ chất (cơ chất bị biến đổi chính là sản phẩm) Những loại này không nhất thiết phải bị tách biệt nhau, song mang lại khuôn mẫu để nắm được khác biệt ở lối tiếp cận. Sinh vật thường được dùng là vi sinh vật (đặc biệt là vi khuẩn, tảo và nấm, như nấm men và mốc), song lên men công nghiệp còn có thể tham gia nuôi cấy tế bào từ động vật và thực vật, chẳng hạn như tế bào CHO và tế bào côn trùng. Các nhà nghiên cứu cần xem xét đặc biệt với các sinh vật cụ thể được dùng trong lên men, ví dụ như mức độ oxy hòa tan, mức độ dinh dưỡng và nhiệt độ. Tỉ lệ lên men phụ thuộc vào mật độ vi sinh vật, tế bào, thành phần tế bào và enzym cũng như nhiệt độ, pH và mức độ oxy ở lên men kị khí. Khâu thu hồi sản phẩm thường liên quan tới nồng độ dung dịch.