說起奶牛為什么要反芻，就要說說什么是反芻。反芻（chú）我們俗稱倒嚼，是某些動物進食經過一段時間以后將半消化的食物從胃里返回嘴里再次咀嚼粉碎，然后再將食物送進胃中繼續消化。反芻主要是一些像奶牛、羊、鹿等一些草食性動物所具有的生理特征。這些動物被統稱為反芻動物。反芻動物采食時一般都比較匆忙，稍加啃咬就立馬吞下去了，等到休息時才發覺吃飽了，但是消化不了，于是將食物逆嘔至口腔慢慢咀嚼，混入唾液然后再吞咽下去，我們將這種行為稱為反芻行為。
那么奶牛為什么要反芻呢？因為奶牛所采食的食物種類比其他種類的動物更豐富，食物組成結構也更復雜，更主要的是草料中的粗纖維含量較高導致其在胃中難以消化，必須要對食物進行二次咀嚼幫助消化，營養才能被身體吸收。
奶牛反芻主要是因為它很特別的生理特點，那就是奶牛具有四個胃，即：瘤胃、網胃、瓣胃和皺胃。
瘤胃是食物進入奶牛胃腸道內第一個接觸的“暗室”，也是食物消化的“主戰場”。它是一個密閉的活體發酵罐，罐子里面棲息著許多種類的微生物，主要包括原蟲、細菌和真菌三大類。通常，每一毫升瘤胃液中就含有160-400億個細菌、20萬個纖毛蟲以及大量的真菌。可別小看了這些微生物，它們可是瘤胃發揮消化生理功能的具體執行者。但因奶牛采食時食物沒有經過充分咀嚼，吞咽的食物顆粒較大，沒有更多的表面積與微生物充分接觸，因此奶牛就會將之前吞咽下去的食物在此翻入口中再次進行粉碎。
當食物到達瘤胃后，大量微生物立馬緊貼在食物的表面，同時分泌纖維素酶、半纖維素酶以及β-糖苷酶等消化酶，于是食物中的纖維素、半纖維素和果膠等多糖類物質很快就被“切割”成單糖，并“變身”為揮發性的脂肪酸和CO2等，前者可為奶牛提供60-70%的能量來源。而這些多糖類植物營養素，奶牛本身是無法消化的，必須借助于微生物這一強大的“兵力”，因為瘤胃體積雖大，但它的粘膜并沒有消化腺，也不能夠分泌消化液。食物在瘤胃內經微生物充分消化后，約50%的粗纖維可在瘤胃內被消化。
經瘤胃初步消化的食物就會進入網胃，網胃是緊貼著瘤胃的一個胃室，它的黏膜形似蜂巢，像個漁網故稱為網胃。實際上，網胃與瘤胃在空間結構上并未完全分開，食物顆粒可以自由地在兩個胃室間來回穿梭。
那么，網胃到底具有什么生理功能呢？其實，奶牛在采食時都是簡單咀嚼后吞咽，因此食物中有可能會含有一些異物，此時，網胃就如同一個篩子，將這些異物存于其中，既起到了過濾的作用，又防止了異物對其他腸道內表面的傷害。此外，網胃黏膜上的傳感器可接受來自青草或干草的機械刺激信號，并通過瘤網胃胃壁上的肌肉發生收縮從而啟動反芻行為。
然后食物就會進入瓣胃，瓣胃前通網胃，后接皺胃，由于其黏膜面向內凹陷形成許多大小不等的葉瓣，故又稱重瓣胃。其實這就是我們大家所熟悉的百葉。此胃對食物的消化更像是瘤胃消化的“續曲”，它就像是一個水泵，來自瘤胃的食糜中粗糙部分在這里被濃縮，移去水分和電解質后被進一步磨細，同時將較稀的食糜推送入皺胃。在瓣胃內，食物中20%的纖維素可被消化。
通過瓣胃，食物被送達到皺胃。皺胃是后接小腸的胃室，也是唯一具有分泌功能的胃，具有真正意義上的消化功能，因此也被稱為真胃。皺胃可分泌大量的胃液，包括鹽酸、胃蛋白酶和凝乳酶等消化酶以及大量的黏液。這些分泌物主要對前三個胃消化的食物初級代謝物進行進一步化學性消化。
在皺胃內消化幾小時后，消化物經幽門進入小腸的第一部分即十二指腸。這些消化物與胰腺分泌的消化酶和肝臟分泌的膽汁相混合后進入十二指腸，這一步消化是酶消化又稱為化學消化。
從皺胃開始，反芻動物的消化與單胃動物基本相同。皺胃中的強酸環境，使所有細菌活性完全停止。皺胃壁分泌鹽酸、蛋白酶和凝乳酶。只有當皺胃的pH值降到很低時 (pH=2),幽門才會打開，讓消化物流入十二指腸（小腸第一部分）。胰腺、肝和小腸腺的分泌物與排入十二指腸的消化物相混合。這些分泌物含有各種消化酶如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶,這些酶可水解蛋白質、淀粉和脂肪。蛋白質被分解成多肽和氨基酸。與瘤胃發酵不同，小腸內的氨基酸不會被降解成氨。淀粉和其他非纖維性碳水化合物被水解成單糖如葡萄糖、果糖等。脂肪被水解成甘油和三個長鏈脂肪酸。
其中脂肪的消化吸收依賴于胰脂肪酶和膽汁的催化參與，膽汁酸是膽汁的主要活性成分，較重要的功能是消化食物中的脂肪和脂溶性物質。在食物的消化過程中，膽汁酸不僅起到輔助脂肪酶的作用，同時能夠增強脂肪酶的活性。食物中的脂肪通過膽汁酸的作用而被乳化，并且被脂肪消化酶消化。消化產物包含在膽汁酸的微粒中，并被小腸中的絨毛膜吸收。
除了微生物和消化酶的消化作用外，奶牛對食物的消化還依賴瘤胃、網胃、瓣胃、皺胃四個胃體的肌肉收縮運動來協助完成。試想一下，如果食物在胃室間無法流動，那奶牛的四個胃豈不是要被漲破？它們的節律性收縮形成了一個定向壓力梯度，從而引起各胃室食糜的流動與排空。胃壁的肌肉運動主要起到三個方面的作用：貯藏食物功能、混合食物與胃液以形成半流質食糜功能以及排空食物功能。