如果把香肠当做火腿肠的祖先，那么火腿肠的历史已经有几千年了。据说，在《荷马史诗》里就有香肠的记载。不过，现在我们吃到的火腿肠与香肠的差别已经很大了——原料基本相同，但是加工过程相去甚远，因而口感、味道也就相当不同了。
在食品工程里，火腿肠属于一种被称为“乳化肉”的体系——它的关键是把脂肪打成细小的颗粒，然后均匀地分布在整个肠内。所以，单凭肉眼，几乎无法分辨出它里面的脂肪——通俗地说是肥肉——是多还是少。为了让这些脂肪均匀分散，就要把瘦肉中的蛋白质提取出来，作为乳化剂去稳定“磨碎”的脂肪颗粒。蛋白质的提取不是件容易的事情，通常把瘦肉“打成”肉酱，在很高的盐浓度下才能提取出较多的蛋白质。所以，火腿肠总是很咸，这是无法避免的问题。提取到水中的蛋白质一部分吸附在脂肪颗粒的表面，用来防止脂肪颗粒重新融合，其他的则保留在水中，在加热的时候互相交联，形成一种互相连接的网状结构。没有溶解到水中的纤维组织以及蛋白质网状结构把脂肪颗粒固定下来，就形成了火腿肠特有的质感。火腿肠的口感好坏，就取决于这种胶状结构的强度大小。
严格来说，最简单的火腿肠只要瘦肉和盐就可以了。在实际生产中，人们还是希望加入肥肉，肥肉有助于保留许多只能在脂肪中稳定存在的维生素以及香味物质。但是，太多的肥肉又不受欢迎。首先，不够健康——大家都不喜欢吃下过多的脂肪；其次，更多的脂肪就需要提取出更多的蛋白质来吸附，但是肥肉多了瘦肉的量就相应变少了，这会使得形成的胶状结构强度降低，吃起来口感就差了。另外，现代火腿肠的生产中还会加入一些植物成分，比如大豆蛋白和淀粉等。大豆蛋白的加入有助于在保持蛋白质含量的前提下降低胆固醇的含量，具有增加营养和控制成本的双重优势。但是大豆蛋白的加入会影响最终产品的质感和口味，通常也不能加太多。火腿肠里加淀粉，跟传统的肉丸子里加淀粉一样，有助于降低成本，但是更加影响质感。国家标准就是按照蛋白质、脂肪和淀粉的含量来对火腿肠进行分级的，等级越高，含有的脂肪和淀粉就越少。由于有很多的盐，所以需要一些糖来降低咸味。其他的调味料就是各个厂家大显神通的地方了。
作为一种加工食品，保证安全是至关重要的一环。肉是很容易腐坏的食物，腐坏的生物学原因是细菌的生长。火腿肠含有细菌生长所需的各种养分，没有经过防腐处理的火腿肠是细菌的天堂。保护火腿肠不受细菌骚扰，首先要杜绝细菌种子混进来。火腿肠的原料中不可避免地混杂了一些细菌，在高温加热的时候它们受到“严打”，绝大多数被清除了。市场上所谓的“低温火腿肠”通常只加热到七十几摄氏度，这样可以获得不一样的风味，但是“严打”力度不够，漏网的细菌就较多一些。
对食品安全而言，生产只是第一步。无论如何，总还是有一些生命力非常顽强的细菌能够顶住灭菌过程的“严打”而潜伏下来。在加热之后的包装运输和保存过程中，细菌也还有机会偷偷地潜入火腿肠中，一旦环境适合，就开始繁衍生息。所以，人们对细菌的战斗不得不延续到吃进肚子之前。完好有效的包装可以防止外部的细菌侵入，而对内部残存的细菌就只能控制它们的生长环境了。前面说提取蛋白质的时候需要很高的盐浓度，其实高盐环境也有助于遏制细菌生长；低温是另一种控制细菌生长的有效手段，尤其是那些灭菌不完全的低温产品——低温产品提供的风味必须以更严格的保存条件作为代价。
但是细菌的生命力实在太强了。即使在这样的围追堵截之下，它们也只是“开枝散叶”得慢一些，而不会完全消停下来。为了对它们进行更严厉的打击，人们只好动用“化学武器”——防腐剂。防腐剂让细菌生存的环境大大恶化，从而有效地延长火腿肠的保质期。
防腐剂能杀死细菌，对于人体自然也可能有潜在的危害。这也是人们对于加工食品最为关注的地方。食品科学家们不断寻找能够有效防止细菌生长，在特定的使用浓度下对人体又没有明显危害的防腐剂。目前火腿肠中可以合法使用的防腐剂是亚硝酸钠（亚硝酸盐的一种）。过多摄入这种物质能导致急性中毒，一些食物中毒的案例就是腌制不合格的酸菜中的亚硝酸盐含量过多导致的。亚硝酸盐也被认为是一种致癌因素。不过它本身并不致癌，而是在酸性环境中可以与胺类物质反应生成亚硝胺，后者才是一种致癌物。
不过，合格火腿肠中的亚硝酸盐并不值得担心。硝酸盐广泛存在于自然界中，许多蔬菜中的硝酸盐也有机会转化成为亚硝酸盐。对于亚硝酸盐如何影响人体健康，人类已经进行了大量的科学研究。根据这些科研结果，少量亚硝酸盐对人体健康并不构成威胁。美国规定亚硝酸钠在肉类食品中的最大允许用量是200ppm（ppm是百万分之一），也就是说，FDA认为肉中的亚硝酸盐在200ppm以下还是安全的。中国的标准比这个要严得多，是30ppm。所以可以认为，只要是检测合格的火腿肠，防腐剂的影响是可以忽略的。
有一些研究发现，亚硝酸盐在和胺反应的时候，如果存在维生素C或者维生素E，就会与它们优先反应，而不生成有害的亚硝胺。所以，有的肉类加工中会加入这些维生素，来减小亚硝酸盐可能产生的副作用。其实，不管这种做法有多大效果，在吃这些食物的同时吃一些蔬菜水果，都是大有裨益的。