Die Fleischreifung ist ein muskelzelleninterner Vorgang. Proteasen (eiweißspaltende Enzyme), die bereits vor dem Schlachten im Muskel aktiv oder gehemmt vorhanden sind, werden nach dem Schlachten freigesetzt und durch den pH-Wert-Abfall aktiviert. Der bevorzugte Angriffspunkt sind die Z-Linien und die I-Bande der Myofibrillen. Dadurch wird die starre Anordnung nach dem Eintritt des Rigor Mortis gelockert und das Fleisch wird zarter.

Weiterhin spielen Kathepsine eine Rolle, die die Kettenlänge der Eiweißketten verkürzen und diese bei bestimmten Aminosäuren in der Aminosäurekette spalten. Die Fleischreifung findet vor allem intrazellulär statt, das extrazelluläre Bindegewebe wird erst angegriffen, wenn nach mehreren Tagen die Zellmembran beschädigt wird. Bei den üblichen Lagerungstemperaturen zwischen -1 und +7 Grad Celsius sollten beim Kalb mindestens sieben Tage und beim Rind mindestens 14 Tage für die Fleischreifung eingehalten werden. Im weiteren Sinne versteht man unter Fleischreifung auch den Abbau von Nukleotiden (ATP und Folgeverbindungen) und Fettsäuren, die das Fleischaroma verändern.

Die Fleischreifung geht auch ohne die Einwirkung von Mikroorganismen - abhängig von der Lagerungstemperatur und Tierart - in die Autolyse, das heißt in die Proteolyse von Proteinen über, die dadurch in die Auflösung geordneter Strukturen von Proteinen und somit zum Verderb führt. Zwischen der optimalen Fleischreifung und dem eindeutigen Verderb, kommt es zu einer Zwischenstufe, bei der das Fleisch seine typische Struktur verliert und eine leberartige Konsistenz aufweist und auch das Fleischaroma erhält eine leichte Lebernote.

Diese biochemischen Veränderungen sind von der Tierart und Lagerungstemperatur abhängig und werden von der Verpackung bzw. der Art der Verpackung indirekt beeinflusst.

Vor allem durch den hohen Gehalt an Eiweiß und Wasser ist Fleisch ein idealer Nährboden für Mikroorganismen (Bakterien, Hefen und Schimmelpilze). Die Hauptverderbniserreger von gekühltem Fleisch sind Bakterien der Gattungen Pseudomonaden und Enterobacteriaceen.

Unmittelbar nach dem Schlachten der Tiere finden unter anderem wegen der hohen Temperaturen (37 - 40 Grad Celsius) schnelle biochemische Veränderungen im Muskel statt. Das Schlüsselenzym des Energiestoffwechsels Adenosintriphosphat (ATP) wird von 5 μMol ATP/Gramm Muskulatur auf <1 μMol ATP/Gramm Muskulatur abgebaut. Zur Regeneration von ATP wird Glykogen anaerob zu Milchsäure abgebaut. Je nach Tierart und Muskel liegen 5-10 g Glycogen/Kilogramm Muskulatur vor, dementsprechend werden 5-10 Gramm/Kilogramm Milchsäure - L(+) Form - gebildet. Das führt zu einem pH-Wert-Abfall von ca. 7,3 im lebenden Tier auf ca. 5,5 im Fleisch. Bei einer Unterschreitung von 1 μMol ATP/Gramm Muskulatur - das entspricht einem pH-Wert von 5,8-6,0 - setzt der Rigor-Mortis (Totenstarre oder Muskelstarre) ein. Dabei kommt es zu einer irreversiblen Kontraktion (Verkürzung) der Muskulatur. Das bedeutet: Durch das Ineinanderschieben der kontraktilen Proteine Actin und Myosin verbinden diese sich unauflöslich. Dieser Prozess dauert beim Rind 15-24 Stunden und löst sich nicht mehr auf. Der Zustand des Rigor Mortis bedingt, dass das Fleisch fest und zäh ist. Die Abnahme der Rigidität (Starre) durch die Reifung beruht auf einem anderen Mechanismus als die Starre selbst.

Unter postmortalem Abbau versteht man alle Vorgänge, die in ihrer Geschwindigkeit steuerbar, aber nach dem Schlachten im Lebensmittel Fleisch nicht zu unterbinden sind. In der Wissenschaft versteht man darunter den Zeitraum des Abbaues der energiereichen Verbindungen, d. h. die Zeit bis zum Erreichen des End-pH-Wertes. Diese Periode dauert beim Rind 15-24 Stunden. Der nachfolgende Zeitraum wird unter Fleischreifung zusammengefasst. Der zeitliche Ablauf der postmortalen Vorgänge und die Fleischreifung sind mitentscheidend für die Fleischqualität. Die Fleischhygieneverordnung fordert, dass im Kern des Rinderschlachttierkörpers nach 36 Stunden sieben Grad Celsius erreicht werden müssen.