A madeira se forma nas árvores durante cinco processos biológicos distintos e sucessivos: divisão celular, alongamento celular, espessamento da parede celular, morte celular e produção de cerne. A chave para a formação da madeira está nos diferentes sistemas vasculares das plantas - as células do xilema mais duras se replicam mais rápido do que as células do floema mais macias - e é por isso que as árvores têm mais madeira do que outros materiais.
A formação da madeira começa no chamado câmbio vascular, a parte da árvore que move os nutrientes em direção ao interior da planta. O câmbio vascular é parte do que forma anéis nas árvores. A parte externa do câmbio vascular é o floema mais macio, enquanto a parte interna é o xilema, mais conhecido como madeira. Quando os nutrientes passam do floema para o xilema, as células se tornam alongadas e mais espessas. Essas células mais longas e grossas se transformam em madeira.
Quando as células alongadas atingem um determinado ponto, o organismo as programa para morrer liberando substâncias chamadas hidrolases. Este processo mata intencionalmente as células, mantendo suas paredes intactas. Essas paredes dão à madeira sua estrutura tridimensional.
Em agosto de 2014, o processo geral de formação da madeira não era totalmente compreendido. No entanto, os cientistas começaram a isolar genes e enzimas que levam à conversão de células vegetais vivas em madeira.
