Bei der Ethanolherstellung aus Lignozellulose werden zellulosehaltige Rohstoffe eingesetzt, keine stärke- und zuckerhaltige Pflanzen, die leicht vergoren werden können.
 
Die Hauptbestandteile der Rohstoffe bilden Zellulose zusammen mit Hemizellulosen (kurzkettige Zellulose), Pektin und Lignin.

Zellulose ist der Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden (Massenanteil ca. 50%). Sie ist ein unverzweigtes Polysaccharid, das aus mehreren Hundert bis zehntausend β-Glucose-Molekülen besteht. Zellulose wird in der Plasmamembran gebildet und vernetzt sich untereinander zu fadenförmigen Strukturen.

Hemizellulose dient zusammen mit Zellulose als Stütz- und Gerüstsubstanz. Hemizellulose  besteht aus Hexosen und Pentosen.

Die Polysaccheride Zellulose und Hemizellulose können nicht, wie Stärke (α-Glukose-Molekül), durch Erwärmen zu Monosaccheriden aufgespalten werde. Vielmehr müssen sie durch Enzymen (Cellulasen) in ihre Bestandteile zerlegt werden.
Dabei wird Zellulose und Wasser in β-Glucose umgewandelt, eine Hexose (C₆H₁₂O₆), und Hemizellulose in Hexosen und Pentosen (C₅H₁₀O₅).

Die Herstellung von Ethanol aus Lignozellulose erfolgt jetzt im Grunde wie die Herstellung von Etahanol aus Zucker und Stärke.
Ethanol wird durch alkoholische Gärung aus Hexosen (C₆ H₁₂ O₆) unter Einfluss des Enzymkomplexes Zymase der Hefe hergestellt, C₆H₁₂O₆ => 2 CH₃CH₂OH + 2 CO₂(jpg), mit einem Alkoholgehalt von ca. 12-18 vol%.

Pentosen (Arabinose und Xylose), die aus der Aufspaltung der Hemizellulose anfallen, können mit der herkömmlichen Bäcker- oder Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) nicht vergoren werden. Am Institut für Mikrobiologie der Universität Frankfurt und der Universität Lund (Schweden) wurde hierzu aber eine Möglichkeit gefunden, die Hefe beim Stoffwechsel genetisch aufzuwerten. Die Gene einer anderen Hefeart, Pichia stipitis, und Gene aus Bakterien, Bacillus stubtilis und Kolibakterium, weden auf die Bäckerhefe übertragen. Diese Hefe ist nun in der Lage, aus den Hexosen und den Pentosen Arabinose und Xylose Alkohol zu erzeugen.

Das Lignin kann in diesem Prozess nicht abgebaut werden. Es wird extrahiert kann in Heizkraftwerken als Brennstoff dienen. Die daraus entstehende Energie kann wieder für den Herstellungsprozeß genutzt werden.

Um den bis zu 96%-igen Alkohol zu gewinnen, wird das Alkohol-Wasser-Gemisch durch Verdampfen und Kondensieren destilliert. Das Verfahren zur Gewinnung von höherprozentigen Alkoholen ist etwas aufwendiger, da das restliche Wasser entzogen werden muss.
Der Aufschluss der Zellulose  erfordert einen höheren Einsatz hochwertiger Energien als bei herkömmlichen Rohstoffen. Auch der Bedarf an Prozessenergie liegt, bezogen auf den Volumenstrom des erzeugten Ethanols, höher. Durch Nutzung des Lignin, der nicht aufgeschlossenen Zellulose und der Schlempe als Energielieferanten ist dieser Bedarf aber abzudecken.