黑茶制造过程中，鲜叶上粘附的微生物经高温杀青后，几乎全被杀死，在以后的加工工序中又重新粘附上空气中新的微生物。
黑茶在渥堆中微生物群落主要是酵母、霉菌和细菌。其中以酵母菌最多；霉菌则以黑曲霉占优势，其次为青霉；细菌为无芽饱短小杆菌等。
因为霉菌能利用各种多糖作碳源，它们代谢的结果产生了大量的双糖和单糖，使酵母菌有了足够的营养，于是迅速繁衍。霉菌和酵母菌大量繁行的结果，抑制了细菌的生长。
黑曲霉是一种公认的安全可食用性霉菌。渥堆过程，黑曲霉是以优势菌群作用于渥堆叶，尤其在渥堆发酵的早期、中期较多，后期较少。
黑曲霉代谢产生的有机酸（苹果酸，酒石酸，乙酸，柠檬酸等）等对形成黑茶甘滑、醇厚的品质特色奠定物质基础。
青霉是渥堆发酵中后期的优势菌群，对杂菌、腐败菌有很好的消除和抑制生长的作用。对于黑茶的品质，尤其是对普洱熟茶的陈醇形成具有一定的好处。
根霉分泌的淀粉酶的活力很高，能产生有机酸，还能产生芳香的酯类物质。由于根酶分泌果胶能力强，在黑茶的加工中，生成一定数量的根霉，有利于茶汤甜香品质的形成。
但渥堆中根酶滋生的太多，会造成茶叶的软化，甚至腐烂。酵母菌在渥堆发酵早期较少，中后期较多。普洱熟茶渥堆的中后期，酵母菌是优势菌群。
在渥堆发酵过程中，对于酵母菌的数量要控制得当。适当的酵母菌群有利于形成黑茶的甘、醇、厚等品质特点。但是，如果控制不当，就会形成辣、刺、叮麻、挂、锁、酸等不利的物质，降低茶叶的品质。