Per ottenere la caratteristica effervescenza dei vini spumanti, è necessario seguire un processo di produzione piuttosto complesso. Lo sviluppo dell'anidride carbonica che rende 'frizzante' il vino viene ottenuto, dopo la vinificazione, tramite una seconda fermentazione alcolica, detta 'presa di spuma' o spumantizzazione, in ambiente controllato con aggiunta di zuccheri.

I vitigni impiegati per la produzione di vini spumanti sono generalmente bianchi con l'aggiunta di Pinot Nero come unico vitigno rosso. Il motivo della scelta di quest'ultimo è squisitamente tecnico, infatti il Pinot Nero è l'unico vitigno rosso che contiene tutte le sostanze coloranti nella buccia, per cui, attraverso una vinificazione adeguata (con la polpa subito allontanata dalle bucce), si ottiene un 'bianco' con le caratteristiche di corpo, struttura e longevità tipica dei rossi. I vitigni di bianchi principalmente usati sono i Pinot bianchi e grigi, i Trebbiani, i Moscati, i Prosecchi, i Riesling, le Malvasie, il Cortese. L'unico vitigno rosso che viene vinificato frizzante in purezza è il Lambrusco.

I vini spumanti non sempre vengono prodotti per rifermentazione di un unico vino, ma a partire da selezionate miscele di vini diversi, che possono provenire da zone vinicole differenti. L'abilità dei maestri vinificatori sta nello scegliere i vini-base più adatti, in modo da ottenere spumanti con le caratteristiche migliori anno dopo anno. Se lo spumante è ottenuto solo a partire da cuvée di uve bianche viene definito blanc de blancs o bianco da uve bianche. In alcune annate eccezionali, quando la produzione di vino è stata particolarmente buona, si parla di vini millesimati, riportanti in etichetta l'anno di produzione.

Dopo aver selezionato la cuvée, per agevolare lo svilppo di anidride carbonica e rendere effervescente il vino, vengono aggiunti dei lieviti selezionati e sciroppo zuccherino, o liqueur de tirage. La fermentazione alcolica dello zucchero e il conseguente sviluppo di anidride carbonica possono essere ottenuti con due procedimenti diversi: il metodo classico è il metodo Champenois, con rifermentazione in bottiglia; un sistema alternativo a livello industriale è quello chiamato Charmat che prevede la rifermentazione in grandi recipienti chiusi. Il vino deve fermentare per un periodo che va da un mese a sei mesi e, una volta giunta a compimento la rifermentazione, o presa di spuma, può essere lasciato invecchiare, fino a un massimo di tre anni per i millesimati.

Il tradizionale metodo Champenois viene fatto risalire alla nuova tecnica di vinificazione introdotta dal monaco benedettino Dom Pérignon alla fine del XVII secolo. Con questo metodo la seconda fermentazione avviene interamente in bottiglie che vengono chiuse con tappi a corona metallici e messe in rastrelliere dette pupitre, in posizione orizzontale. Le bottiglie vengono lasciate per un periodo di circa sei mesi in ambienti ben arieggiati e bui, in alcuni casi in grotte artificiali. Per eliminare i depositi prodotti dai lieviti, alla 'presa di spuma' segue la fase del remuage: le bottiglie, accatastate sulle rastrelliere in posizione inclinata verso il basso, vengono ruotate periodicamente e risistemate in posizione sempre più inclinata, con la testa verso il basso, per favorire la discesa dei lieviti verso il tappo a corona. Alla fine di questo processo con il degorgement, o sboccatura, si elimina il deposito raccolto sul tappo. Le bottiglie devono quindi essere rabboccate con miscele di vini di zone ed annate diverse, la cui composizione esatta è gelosamente custodita da ogni singolo produttore. A questo punto, la bottiglia viene tappata con l'inconfondibile tappo a fungo ed è pronta per essere venduta e bevuta.

Questo metodo di spumantizzazione prevede che la rifermentazione, o 'presa di spuma', avvenga in tini oppure in grandi autoclavi chiuse a pressione, a temperatura controllata tra i 14 e i 18°C. Il metodo Charmat, introdotto nella produzione industriale agli inizi del '900, permette un notevole risparmio dei costi di produzione, con minor impiego di manodopera. Naturalmente la resa qualitativa non è la stessa dello Champenois ma anche il costo rimane coerente.