精鉱を主に化学的に処理し、有用な元素を取り出す事を製錬という。非鉄金属が主な対象となっており、非金属元素は省略されることが多い。なお、鉄の（乾式）製錬の事を特に製鉄と呼ぶ。
製錬方法としては、火力を用いて溶融・揮発させて元素を抽出させる乾式製錬（鉄、銅、鉛、水銀、アンチモンなど）と、薬品の水溶液を用い、精鉱から元素を抽出して分解させる湿式製錬（金、銀など）がある。こうして抽出された元素は溶融された後、成形・冷却されて地金となる。ただし、こうした工程を経ても地金は未だに不純物を多く含むことから、電気分解して純度を99%以上にする事が多い。これを電解製錬と呼ぶ。
こうした金属製錬に並行して、硫化分の多い鉱石を採掘する鉱山では硫酸の製造が行なわれることもある。製錬工程から出る煤煙は有害であり鉱害の要因になるため、電気集塵機等によって塵を回収することになるが、この塵も重要な資源であり、製錬工程に組み込んでビスマス、三酸化ヒ素、カドミウムなどを生産することもあった。また、銅山においては硫酸銅を含む排水が問題になった事があり、廃水処理も兼ねて沈殿銅の採集が行なわれる事もある。
こうした3つの事業を全て行っている鉱山は大規模なケースが多く、中規模の鉱山は採鉱・選鉱を、小規模な鉱山は採鉱のみを行っているケースが多い。ただし、経営者の判断により、大規模な鉱山でも製錬は行われず、その事業のみ都市部に設置された製錬所に集約されたりすることもある（例：菱刈鉱山）。また、逆に水銀のように、独特の製錬設備を必要とする場合には規模が小さくても、鉱山内に製錬所まで設けている事が多い（例：大和水銀鉱山、丹生鉱山）。石灰石、陶石など非金属の鉱石の場合は、明確な選鉱・製錬が行われず、非金属を原料とする工場が近場に存在することも多い。
こうした鉱山における3つの事業はいずれも単独で行われることは難しい。このため、鉱山においてはこれらに付随する形で機械工場、車両整備工場、化学工場、発電所、変電所、ポンプ場、廃水処理場、貨物鉄道などが設置される。こうした付随事業が整備されていることにより、鉱山の主要事業は円滑に進めることができる。
大規模な鉱山においては、これら周辺事業が大規模化し、やがて鉱山とは独立化することもある。例えば、茨城県日立市の日立鉱山の機械整備部門は、後に日立製作所として独立することとなった。小松製作所も同様であり、古河機械金属やラサ工業の土木機器部門のように独立とまではいかなくとも、会社を支える重要な事業になることもある。
鉱山機械は大量の電気を必要とするため、一般の電力会社からの給電では間に合わないこともある。このため、水力発電所や火力発電所など独自に小規模な発電所を建設して自家用に供給することもある。余剰となった電力の一部は電力会社に売電されたり、周辺地区に供給されることもあった。