大曲在中国传统白酒生产中的作用主要有如下四种：提供菌源、糖化发酵、投粮作用和生香作用。对于大曲酱香型白酒来讲，仓内发酵形成的高温环境会对曲块内微生物种群进行筛选，形成有利于生产的耐高温产香微生物体系，同时高温环境利于原料中的蛋白质发生分解，形成小分子风味物质。曲块中的耐高温细菌通过分解代谢活动，还能产生大量的香味前体物质，形成独特而又浓郁的曲香，是酒体中酱香成分的重要来源。
(一)提供菌源
中国酱香白酒核心产区仁怀市茅台镇的高温大曲中有着独特的微生物体系。与其它酒曲不同的是，在茅台镇的成品大曲中，90%以上的微生物是细菌。踩制成型的曲坯进入发酵仓以后，发酵初期曲块中的淀粉含量平稳下降，酸度和糖分逐渐上升。此时曲块中的微生物主要是小麦表皮自带的霉菌、母曲中的微生物、稻草中的微生物及环境和工具上的微生物。随着曲块中微生物的生长代谢，曲块的温度有了显著提升，此时曲块中的微生物种类以细菌为主，尤其在高温阶段，细菌多以嗜热芽孢杆菌为主。这些细菌具有很强的淀粉和蛋白质分解能力，能够将原料的大分子营养物质(淀粉和蛋白质等)分解为小分子营养物质(糖类和氨基酸等)，同时利用可发酵性糖和氨基酸产生呈香、呈味和呈色物质。
随着仓内发酵过程的进行，曲坯中的水分逐渐减少，一些耐高温的霉菌开始在曲块上生长，它们具有的糖化力和蛋白质分解能力，能将原料中的淀粉和蛋白质分解，为曲块上的微生物提供生长代谢必需的营养。当发酵结束后，曲块温度逐渐恢复至室温，此时曲块表面开始有霉菌富集并生长繁殖。对茅台镇酱香大曲中微生物进行分离培养，发现其微生物以芽孢杆菌为主，其中有能在50-60℃生长的嗜热芽孢杆菌，它们是产生独特曲香的“主力军”；霉菌有曲霉、毛霉、红曲霉、犁头霉、青霉等，它们为大曲提供了糖化力和蛋白质分解能力；还含有少量的酵母菌，包括汉逊酵母、假丝酵母和毕赤酵母等，它们为大曲提供了丰富的风味物质。
大曲中数量众多的几大类微生物,都是作为大曲发酵驯化后的“纯种”菌提供到制酒过程中，大部分都是有益菌。但是醋酸菌之类过多时,可能会给窖内发酵带来不利影响。比如生酸过多时,产酒则少，即所谓“产酸不产酒”，这是因为有害菌抑制了酵母菌的作用和争夺了窖池内的营养成分，也就是行话讲的“酸高倒窖”。
(二)糖化发酵
由于大曲的酶系作用和酵母菌的作用,大曲的“双边发酵”效应十分明显，即窖内发酵时可以边糖化(液化)、边发酵。双边发酵的效率虽然比较低，是一个很缓慢的变化过程，过程复杂、发酵时间长、产酒率低，但复杂缓慢的发酵过程会积累大量香味成分的前体物质，从而带来白酒中丰富的微量香味成分。
茅台镇酱香型白酒高温大曲富含丰富的酶系，主要包括淀粉酶、糖化酶、蛋白酶和酯化酶等。淀粉酶主要有α–淀粉酶、β–淀粉酶等，其主要作用是将原料中的淀粉分解成可发酵性糖，为微生物的生长及产品发酵提供充足的碳源。特有的高温制曲工艺，使得酒曲中的淀粉酶具有一定的耐高温特性，能在高温环境中继续分解原料中的淀粉，不仅能在仓内的高温发酵环节为微生物提供生长代谢所必需的碳源，还能在晾堂的高温堆积发酵环节提高对原料的利用率。
糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，其底物的专一性比较低，能从淀粉链的非还原性末端切开α-1,4糖苷键，还能切开β-1,6糖苷键。它能把直链淀粉和支链淀粉水解成葡萄糖，为微生物的生长代谢提供必要的能源物质。相比其它香型的酒曲，酱香酒高温大曲成品曲的糖化力较低。究其原因，主要还是其发酵温度高，高温持续期长，糖化酶受热变性，酶活力大幅下降。
大曲中的蛋白酶能水解原料中的蛋白质，生成氨基酸和多肽，不仅为微生物的生长、繁殖提供营养物质，也为其代谢产物提供结构物质。蛋白酶能有效破坏原料颗粒质间包膜结构，提高原料的利用率，还能增加原料中的有机氮含量，对基酒的品质和香气成分有重要影响。
酯化酶也称羧基酯酶，是脂肪酶、酯合成酶、酯分解酶的统称，既能催化酯的合成，也能催化酯的分解。脂肪酶能把脂肪分解形成各类脂肪酸，为后续的酯化反应提供前体物质。酯合成酶与酯分解酶在酒醅的发酵过程中发挥着巨大的作用，可以催化醇与多种酸发生酯化反应，如促使乙醇与乙酸、己酸、乳酸等有机酸的化学反应，生成相应的酯类化合物，不断丰富基酒中的香气香味成分。
(三)投粮作用
酱香型白酒高温大曲的投粮作用，是指大曲中的残余淀粉在制酒过程中被糖化发酵生成乙醇的作用。大曲中的淀粉含量较高，通常在50%以上，这些淀粉在制酒过程中会被糖化发酵生成乙醇。在大曲酒的生产过程中，不同香型白酒的大曲用量有较大差异，例如清香型白酒的大曲用量为原粮的20%左右，浓香型白酒为的大曲用量为原粮的20%到25%，而酱香型白酒则高达100%以上。
大曲中的残余淀粉含量较高，占大曲成分的一半以上。这些残余淀粉是经过大曲发酵阶段高温过程的,叫做可发酵熟淀粉。研究表明，大曲中的生淀粉并不能被酵母菌直接利用产生乙醇。大曲的投粮作用主要体现在：其中的可发酵熟淀粉不仅作为产生乙醇的原料，还带来了数量众多的香气香味成分。
酒醅中加入的大曲中的残余淀粉，属于“二次发酵”的产物，其利用价值远远大于高粱经蒸煮后进入窖内发酵的淀粉。按照复式发酵的理论，高温大曲中的淀粉加入到窖内发酵，可称得上是一种“双轮底”了。
工业管理中大曲白酒的产酒率一般有两种计算方式：第一种是原料出酒率(不含曲药)；第二种是淀粉出酒率(含曲药)。无论哪种计算方式,都把大曲中的残余淀粉列入其中,也足以证明大曲的投粮作用。
(四)生香作用
高温大曲生香作用的重点是：酸和醇的酯化反应生成大曲白酒的主体香气香味。高温大曲中丰富的菌酶体系，为形成酱香型白酒独特的风味物质创造了条件。大曲中除了数量众多的微生物及酶系以外，其发酵过程积累的氨基酸类芳香类物质，对酒体香气香味的呈现起着关键作用。目前已知有16种氨基酸参与窖内发酵，此过程会生成微量的花香类物质，使酒体呈现绵柔细腻的感觉。
酱香白酒的高温大曲富含多种微量香味成分及其前体物质。经过特殊的高温工艺制得的高温大曲中含有丰富的挥发性风味物质，包括：醇类物质、酸类物质、酯类物质、醛类物质、酮类物质、芳香族化合物、酚类物质、呋喃类物质和含氮类化合物等。酱香型白酒高温大曲中的微生物种类以耐高温的细菌为主，正是酒醅发酵过程中产香的主力军。研究发现：高温大曲中特有的芽孢杆菌的代谢产物有3-羟基-2-丁酮、2,6-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、呋喃扭尔、2-甲基-2-丁烯酸、2,3-丁二醇、β-苯乙醇和苯乙酸等，为发酵过程提供了丰富的风味物质。
高温大曲中的游离氨基酸含量高、种类多，目前已发现有16种氨基酸，分别是：亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、酪氨酸、丙氨酸、苏氨酸、甘氨酸、丝氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸、羟赖氨酸、脯苯氨酸、羟脯氨酸、鸟氨酸等。氨基酸是产生酱香型白酒香味成分的重要前体物质，其在发酵过程中可经多种方式脱氨，为微生物的生长代谢提供氮源，其脱氨后形成的酮酸可进一步生成羰基化合物、高级醇等香气香味物质。氨基酸与糖类物质在高温条件下会产生美拉德反应，生成的吡嗪类、羰基类化合物等是大曲酱香型白酒风味体系的重要组分。
酱香酒高温大曲中总酸含量很高，其中3-甲基丁酸和2-甲基丙酸的含量高于其他香型白酒的酒曲；酯类物质(乙酸乙酯、乳酸乙酯等)的含量虽然不高，但同样能起到丰富酒体风味体系、提升口感的作用；羰基化合物作为重要的呈味物质，能赋予酒体刺激感，同时起到助香的作用。独特的高温工艺，使得大曲中含有丰富的高级醇、有机酸、酯类、芳香类等高沸点化合物，对大曲酱香型白酒细腻的口感和醇厚的风味提供了物质基础。