Главной составляющей пива является хмель — вьющееся многолетнее растение, достигающее 5-8 метров в длину, относящееся к семейству коноплёвых. Для пивоварения культивируются только растения с женскими цветками — хмелевыми шишками. Из хмелевых шишек получают лупулин — ароматическое вещество, придающее пиву своеобразную горечь, благодаря эфирному хмелевому маслу. Вопреки распространенному мнению, хмель не усиливает «хмельные» качества пива, а придает ему приятный горький вкус и способствует сохранности пива, т.е. увеличении его стойкости. Раньше хмель относился к семейству тутовых (Moraceae). С 1972 года большинство ботаников-систематиков на основе эмбриональных и хемотаксономических исследований пришли к выводу, что правильнее отнести все растения этого рода к семейству коноплёвых (Cannabaceae). 

Соцветия, а также железки (лупулин) хмеля обыкновенного используются как лекарственное сырьё. В восточной медицине имеет применение и хмель японский. Основными активными веществами являются горечи, полифенольные соединения (флавоноиды, антоцианидины, катехины и фенолкарбоновые кислоты) и эфирное масло. Основным флавоноидом хмеля является ксантогумол из группы халконов. Хмель является мягким седативным средством, которое по активности немного уступает валериане. Среди лекарственных средств, содержащих хмель, такие как Валокордин, Валоседан, Ново-Пассит, Корвалдин, Седавит, Уролесан и др. Хмель входит в состав большого количества биологически активных добавок. В Бельгии листья и молодые побеги хмеля используются для салатов, добавляются в супы и соусы. В Румынии молодые побеги употребляют как спаржу.

С давних времен хмель применяют в хлебобулочном производстве при выпечке хлеба и различных кондитерских изделий. Он широко используется для изготовления пива, передавая ему значительную часть содержащегося в хмеле ксантогумола. Выращивать хмель довольно сложно — необходимы специальные деревянные шесты с проволокой. Был даже такой фильм — «Старики на уборке хмеля», где подробно показывалась вся технология уборки этого растения. Известна и картина американской художницы Томкине Маттисон «Уборка хмеля» (1863 г.). 

Хмель произрастает в Чехии, Польше, Германии, Англии, США, на Украине, в Поволжье. 

Лучшими сортами хмеля считаются богемский, выведенный в Чехии в пятнадцатом веке, баварский из окрестностей Шпальта, известный с XIV в., а также высший сорт кентского хмеля из Англии, появившийся сравнительно поздно. До сих пор неизвестно, когда и где впервые в пивоварении стали применять хмель. По мнению некоторых ученых, таких как Виктор Ген и Богуслав Шулек, хмель впервые стал культивироваться славянами. Он был известен среди культурных растений Киевской Руси. Хмель упоминается в летописи о договоре князя Владимира с болгарами в 985 г., когда давая клятву верности договору, болгары якобы заявили: «Тогда не будет между нами мира, когда камень станет плавать, а хмель — тонуть». 

В ХIII-ХIV вв. хмель был одним из главных экспортных товаров новгородцев. Поставщиком хмеля на Запад долго была Русь. В западных источниках хмель впервые упоминается епископом Исидором Севильским в VII в. и в дарственной грамоте франкского короля Пипина Короткого в 768 г. Считается общепризнанным, что хмель впервые стал употребляться в пивоварнях монастырей бенедиктинцев, францисканцев, августинцев, прежде всего, в Южной Германии. Произошло это около Х-ХI вв., а, возможно, и с IX в. Святая Гильгергарда, настоятельница Рупертсбергского монастыря, в 1079 г. упоминает о добавлявшемся в пиво хмеле. 

Применение хмеля способствовало «прочности» пива. Уже к XIII в. появилось «мартовское» пиво, способное сохраняться несколько месяцев. О хмеле говорилось: «От примеси этой пряности пиво стало прочнее, стало меньше бояться перевозок и мало-помалу сделалось предметом оживленной торговли». Но и пиво, сваренное без хмеля, было достаточно распространено. После изобретения Пастером чудо-технологии, метод пастеризации для сохранения пива впервые применили французский технолог Нардон и вслед за ним пивовар Вельтен в Марселе.