Fette reagieren mit Sauerstoff, sie oxidieren. Rein chemisch ist also das Ranzigwerden von Fett ein ähnlicher Vorgang, wie das Rostigwerden von Eisen. Jedoch ist die Oxidation der Fette ungleich komplizierter und vielfältiger als die Oxidation eines Metalls.
Obwohl es verschiedene Faktoren gibt, die die Oxidation begünstigen oder beschleunigen, wird der Prozess selbst häufig durch Mikroorganismen, beziehungsweise durch deren Stoffwechselprodukte ausgelöst.
Oft geht dem Ranzigwerden auch eine Hydrolyse voraus. Als Hydrolyse bezeichnet man die Zersetzung der Fette in seine Bestandteile Glycerin und Fettsäuren. Ein Effekt, den der Praktiker als das Ausschwitzen der Fette bei der Lagerung bezeichnet. Die Fette werden weich, verlieren Konsistenz und es bilden sich Glycerintröpfchen auf der Oberfläche. Auch wenn die Hydrolyse selbst noch keine Geschmacksveränderung mit sich bringt, so ist sie doch in der Regel der Vorbote des Ranzigwerdens.
Durch fettspaltende Enzyme von Bakterien und Schimmel wird letztendlich die Autoxidation, also die oxidative Kettenreaktion im Fett ausgelöst. Es kommt zu deutlichen Geschmacksveränderungen und meist auch zu Farbveränderungen. Diese Reaktionen laufen auch noch bei Temperaturen von unter -30°C ab.