賴氨酸發酵法可分為二步發酵法（又稱前體添加法）和直接發酵法兩種。
二步發酵法
二步發酵法是20世紀50年代初開發的，二步發酵法以賴氨酸的前體二氨基庚二酸為原料，借助微生物生產的酶（二氨基庚二酸脫羧酶）脫羧后轉變為賴氨酸。由于二氨基庚二酸也是用發酵法生產的，所以稱二步發酵法。70年代后，日本采用固定化二氨基庚二酸脫羧酶或含此酶的菌體，使內消旋2,6-二氨基庚二酸脫羧連續生產賴氨酸，改進了這一工藝。盡管這樣，該工藝仍較復雜，現已被直接發酵法取代。
直接發酵法
直接發酵法是一種廣泛采用的賴氨酸生產法。常用的原料為甘蔗或甜菜制糖后的廢糖蜜、淀粉水解液等廉價糖質原料。此外，醋酸，乙醇等也是可供選用的原料。直接發酵法生產賴氨酸的主要微生物有谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌、乳糖發酵短桿菌的突變株。這種方法是在20世紀50年代后期開發的，70年代以來，由于育種技術的發展，選育出了一些具有多重遺傳標記的突變株，使工藝日趨成熟，賴氨酸的產量也成倍增長。工業生產中最高產酸率已提高到每升發酵100-120g，提取率達到80%-90%左右。