萃取咖啡時，將磨好的咖啡粉放入濾杯中再精心注水。第一次注水要少量，且靜置至浸透咖啡粉，然後再分為3～4次注水（也有一次性注水完畢）。為什麼要分這些步驟呢？這是因為咖啡萃取時利用了溶解和擴散的原理。
萃取咖啡時，如果仔細觀察濾杯就可以看出咖啡的變化過程，這對萃取咖啡起著參考作用。但是濾杯裡夾著濾紙不能直接看到裡面的變化，所以準備一套與濾杯相似的透明的器具。那麼萃取時，溶解和擴散是如何進行的呢？
手沖咖啡的核心原理是溶解和擴散
在烘焙過程中，咖啡細胞內部發生化學反應，生成散發出咖啡香氣和味道的多種成分。作為這些化學反應的副產物，咖啡內部慢慢形成的氣體，使細胞開始膨脹。這些氣體和水分通過細胞內部非常小的細孔往外排出。這些不計其數的細孔中含有烘焙過程中形成的主導咖啡味道的成分。要想溶解這些成分，首先要粉碎咖啡豆，而且盡可能地把咖啡豆細胞組織內部的細孔多裸露到表面。然後慢慢注水，就能溶化出咖啡的成分，這就是溶解。
為了順利進行溶解，我們可以考慮把咖啡粉磨到最細，使細胞內的所有成分得到溶解。但是磨得太細就容易堵住濾紙，所以實際萃取時咖啡粉只磨成芝麻粒大小。這樣有一些含有咖啡成分的細胞被裸露到表面，也有一些細胞未露出表面。還有一些含有咖啡成分的細胞通過粉碎也不能破碎，這種細胞無法通過溶解來萃取，這時只能通過擴散才形成萃取。
咖啡裝入濾杯裡，先少量注水至咖啡浸透，咖啡就開始膨脹。這是因為熱水順著烘焙過程中形成的咖啡細胞之間的毛細管，浸入到咖啡細胞內的同時，把細胞內的氣體往外推擠出來，使得咖啡膨脹。
進入到咖啡細胞內的水，開始溶解咖啡成分從而形成了濃厚的咖啡溶液。靜置一會兒再次往濾杯內註水，這時咖啡細胞內形成的溶液和新註入的水之間產生濃度之差，濃濃的咖啡溶液就開始往新註入的水中推送咖啡成分，這種過程就是擴散。
就這樣，為了更順利地進行溶解，以及充分形成以濃度之差引起的擴散，正式萃取之前往咖啡細胞內第一次注水之後靜置30～40秒的過程叫作事前萃取（也叫悶蒸）。在這個過程中，咖啡已充分形成萃取準備。
秘訣在於咖啡和水均勻接觸
將烘焙好的咖啡豆拿到顯微鏡下觀看會發現有很多的小孔，就因為這樣的多孔結構，注水時咖啡粉會浮在水面。
仔細觀察浮在水面的咖啡粉，可以看出被分成了兩層。底層因為咖啡粉充分與水接觸，從而形成了咖啡成分活躍地溶解和擴散，但是上層與咖啡中排出來的氣體混合在一起，因此咖啡無法充分地與水接觸。因此即使放入足夠的咖啡粉，有一部分的咖啡成分不能完全地溶解出來。
為使充分形成溶解和擴散，咖啡裡註水後，有時也用勺子在濾杯裡攪拌。通過勺子攪拌，被分層的部分再次混合，這樣咖啡和水就可以充分地接觸。如果注水時精心一點兒，可以不用勺子攪拌，咖啡粉也能充分地與水接觸。
經常會聽到有人說注水時為避免咖啡層的塌陷，都要小心仔細地控制水流進行注水。但是像圖片裡看到的那樣，水面上漂浮的咖啡粉上即使用再細的水流注入，落下的水流還是給表面咖啡層帶起沖擊力，使得咖啡隨著水流下沉到底層後又再次浮到水面上。就因為這種現象，咖啡與水能夠充分均勻地接觸。
注水本身就是為了讓水和咖啡充分攪勻，所以只要能夠讓水和咖啡充分地攪勻，不管注水方法如何，對咖啡的味道也沒有多大的影響。
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