La maduración de la uva es la etapa crucial, en la que se forma la baya, tanto para consumir el fruto fresco o para vinificación. Existen  factores que afectan a su desarrollo: el tipo de suelo, la disponibilidad hídrica y el clima de la zona.

Con el envero comienza el ciclo de maduración de la uva, hasta entonces, tanto las uvas blancas como tintas son verdes. A partir de esta fase, las uvas evolucionan de modo diferente en función de si son blancas o tintas: la uva blanca comienza a tomar un tono amarillo, mientras que la tinta evoluciona a un color rojizo.

Las uvas, a excepción de otros frutos como las manzanas o las peras, no madura tras su cosecha, esto se produce por la intervención de las auxinas, un grupo de fitohormonas que funcionan como reguladoras del crecimiento vegetal.

Es fundamental tener en cuenta que, cada uva es independiente de otra en un mismo racimo, por lo que cada fruto alcanza la maduración en momentos distintos.

Durante el proceso de maduración, la uva sufre varios cambios. Primero engorda el fruto, esto es debido a la acumulación de agua que, en ocasiones, llega a reventar la piel si el año es muy lluvioso. También se produce una acumulación de azúcares, sobre todo glucosa y fructosa, que marcarán el correcto desarrollo de la maduración. La cantidad de azúcar que se forma durante esta fase está muy condicionada por la luz que recibe la planta; cuantas más horas de sol, mayor es la duración de la fotosíntesis y la producción de azúcares.

En cuanto a los compuestos aromáticos, los terpenos, uno de los más importantes, se encuentran unidos a los azúcares. Esto se liberan durante la fermentación y manifestando los aromas típicos para cada variedad. Por último, los compuestos fenólicos experimentan un comportamiento que depende del tipo de variedad de uva y del tejido de la misma.

La madurez fisiológica empieza cuando la uva ha alcanzado su tamaño máximo y la concentración más alta de azúcares. En este punto, el grano empieza a disminuir de tamaño, la uva pierde agua y se pasifica. A partir de este momento, deja de sintetizar compuestos enólicamente deseados para la elaboración del vino. Se registra un aumento en la concentración de los componentes de la pulpa, en especial de los azúcares (a causa de la deshidratación de la uva), y los compuestos aromáticos y fenólicos empiezan a degradarse. Sin embargo, es preferible iniciar el proceso de elaboración del vino con un principio de sobremaduración.

El momento de la cosecha es crucial para la calidad del futuro vino. Cuando la uva se recoge verde, sin alcanzar la madurez necesaria, el vino es ácido, con marcadas notas herbáceas y faltas de los aromas que caracterizan a los diferentes caldos. En estos casos, las uvas producen líquidos con poco color y astringentes ya que la acción de las enzimas es escasa y el vino no clarifica bien.

Por el contrario, cuando las uvas están sobremaduras, se obtienen productos faltos de acidez, fáciles de oxidar por el alto pH y con ausencia de aromas. Es fundamental determinar el momento idóneo para la cosecha de la uva. Uno de los criterios que sirven de guía es la madurez tecnológica, basada en la medición de los ácidos y los azúcares de la pulpa, aunque no tiene en cuenta el estado de madurez de la piel y la semilla. En zonas cálidas, el proceso es más rápido que en el resto de los componentes del grano, se llega a la madurez tecnológica con la semilla y la piel inmaduras. El resultado son vinos herbáceos, ácidos y con poco color.