Le levain est constitué par une culture de levure et de lactobacille qui s'est développé dans un mélange de farine et d'eau. C'est justement le levain qui confère le goût spécifique au pain au levain si on le compare au pain monté sur levure plus connu sous le nom de pain blanc. L'acide lactique et l'acide actique qui sont produits par les bactéries lactiques donnent au pain au levain une acidité particulière. Le levain fut la première manière de faire lever le pain. D'ailleurs, il est très dur de dater la découverte du Levain. L'origine la plus connue vient de l'empire égyptien.

D'un point de vue nutritionnel, le pain au levain est plus nutritionnel qu'un pain réalisé avec la levure. Le goût du pain au levain est plus acide et plus aromatique. Comparé au pain levé à la levure, le pain au levain peut se conserver quelques semaines contre quelques heures pour le pain blanc. L'acidité du levain freine le phénomène de rétrogradation de l'amidon. C'est justement la rétrogradation qui est responsable du rassissement.

Le pain au levain nécessite un bon savoir-faire car il s'agit d'une véritable culture de ferments, élaborée par le boulanger lui-même, sans l'aide de souches sélectionnées comme avec la levure.