Gdy już kawa zostanie zebrana i poddana obróbce nadchodzi czas na kolejny ważny etap. Jest nim palenie kawy. I tu tak samo, jak w poprzednich etapach, bardzo dużo zależy od tego, jak zostanie przeprowadzony. Uważa się wręcz, że dobry palacz kawy to nie rzemieślnik, lecz artysta. Zwykle ze względu na zachowanie świeżości ziaren pali się je dopiero w kraju, w którym mają być rozprowadzane, choć nie jest to regułą zawsze przestrzeganą. Natomiast można przyjąć bezwzględnie, że im bardziej mamy do czynienia z luksusową kawą, tym pewniejszy staje się fakt, iż była przygotowywana w małej palarni obsługiwanej przez wysoko wykwalifikowanych fachowców.
W tego typu palarniach pali się kawy zazwyczaj dwoma technologiami. Pierwsza to bębnowa, a druga wykorzystująca gorące powietrze. W pierwszej kawa wsypana do specjalnego bębna obraca się w czasie obróbki, a następnie wysypuje się do specjalnych lejów schładzających. Ważne jest, by ziarna nadmiernie się nie przegrzały. Natomiast druga metoda polega na paleniu w wirach gorącego powietrza. W obu tych technologiach ziarna poddane są temperaturze ok. 200 stopni Celsjusza.
W tym procesie zawarte w kawie cukry oraz inne węglowodany ulegają karmelizacji i tworzy się tzw. olej kawowy, który nie jest jednak olejem w ścisłym tego słowa znaczeniu, gdyż rozpuszcza się w wodzie. To od niego w pewnym stopniu zależy smak przyszłego napoju. Kawa słabiej palona jest jaśniejsza i daje nieco kwaskowy posmak, dlatego też nie nadaje się do przyrządzania espresso. Mocniej palone ziarna mają mniej kofeiny i mniej innych kwasów, ale uzyskują posmak gorzko-słodki i są przeznaczane właśnie do parzenia mocnych kaw o wyrazistym smaku. Ziarna stopniowo zwiększają też swoją wielkość i wchłaniają ów olej kawowy. Bardzo mocno palone mają posmak wędzony i niespecjalnie nadają się do ekspresów ciśnieniowych.
Często można się spotkać - szczególnie w lepszych sklepach z kawą sprzedawaną na wagę - z nazwami typu: Etiopia, Sumatra, Brazylia itd. W rzeczywistości nazwy te nie oznaczają kraju pochodzenia, lecz sposób ich komponowania i palenia. Otóż nigdy nie jest tak, że kawę przygotowuje się z ziaren z jednego tylko regionu. W palarniach prócz palenia dokonuje się też komponowania. W tym procesie miesza się odpowiednio wybrane gatunki i rozdaje kaw, by uzyskać określoną mieszankę. Są palarnie, w których komponowanie przebiega przed paleniem oraz takiego, w których komponuje się już wypalone kawy.
W USA kawy są komponowane z kilku rodzajów Arabici, natomiast Włosi zwykle dodają także Robusty. Najczęściej w proporcji 60% Arabica i 40% Robusta, choć żadna porządna palarnia nie zdradza do końca swoich sekretów kompozycyjnych.