Ein Kaffeevollautomat ist eine Espressomaschine, die auf Knopfdruck diverse Kaffeevarianten produzieren kann. Sie besteht aus den Komponenten Mahlwerk, Pumpe, Durchlauferhitzer und/oder Boiler sowie der Brühgruppe, die je nach Gerät dauerhaft installiert ist oder zur Reinigung entfernt werden kann. Die Steuerung erfolgt über ein Bedienfeld, auf dem, je nach Maschine, Wassermenge, Pulvermenge und Mahlgrad verändert werden können. Dies kann pro Tasse erfolgen, oder man weist einer Taste bestimmte Eigenschaften des gewünschten Kaffees zu.

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Die meisten Kaffeevollautomaten bieten zusätzlich die Möglichkeit Milch mit Hilfe von heißem Wasserdampf aufzuschäumen. Einige Kaffeevollautomaten erzeugen automatisch Milchschaum für Cappuccino oder Latte Macchiato mittels eines Cappuccinatores. Kaffeevollautomaten sind mit Reinigungs- und Entkalkungsprogrammen ausgestattet, die den Benutzer in regelmäßigen Abständen an die Reinigung der Maschine erinnern. Außerdem enthalten die Maschinen oft austauschbare Wasserfilter um vorzeitiges Verkalken der Maschine zu vermeiden.
Ein Kaffeevollautomat kann weit mehr als eine Filtermaschine, die nur einfachen Kaffee aufbrüht. Der größte Unterschied ist der Druck, durch den mehr ätherische Öle und Aromen freigesetzt werden. Die kurze Brühdauer sorgt für weniger Koffein, Gerbsäuren und Bitterstoffe und macht dadurch den Kaffee bekömmlicher und aromatischer. Durch den Druck entsteht eine Crema, die Aromen einschließt, bis dieser sich aufgelöst hat. Dieser Druck ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für einen wirklich guten Espresso. Viele Kaffeevollautomaten ermöglichen auch die Erhitzung von Wasser für z.B. Tee.