Le pain au levain est un pain fait à base de levain, c'est-à-dire d'un mélange d'eau et de farine où se développe une culture de levure et de bactérie lactique. La farine est fermentée par cette culture. Cette fermentation, en dégageant du dioxyde de carbone, permet à la pâte de lever. Le levain est la plus ancienne technique connue pour obtenir du pain levé, et il est resté la seule jusqu'au .
Le levain panaire est un mélange obtenu par une culture symbiotique de bactéries lactiques (lactobacille) et de levures se développant dans un mélange de farine complète et d'eau. La pâte obtenue sert à la fabrication du pain au levain, auquel il confère son goût spécifique par rapport au pain monté sur levure. L'acidité particulière que le pain au levain peut présenter est, en effet, due à l'acide lactique et à l'acide acétique produits par les bactéries lactiques (lactofermentation). Cette acidité peut être plus ou moins prononcée selon le mode d'obtention et d'entretien du levain.