柠檬成熟时通常呈现均匀亮黄色，果皮光滑饱满且散发浓郁清香，轻捏有弹性但不过软。判断成熟度主要依据颜色变化、香气强度、果皮质地、果实重量、果蒂状态等特征。
未成熟柠檬呈深绿色，随着成熟逐渐转为黄绿色直至亮黄色。完全成熟的柠檬表皮颜色均匀无青斑，部分品种如香水柠檬可能保留轻微绿底。光照充足的一面会先变色，阴面可能延迟转黄，需综合判断整体色泽。
成熟柠檬果皮油脂腺分泌旺盛，靠近时可闻到明显清新柑橘香气。可用指甲轻刮表皮测试，若释放出强烈芳香油脂则表明成熟。未成熟果实气味寡淡或有青草味，过熟果实则散发发酵味。
成熟柠檬表皮细腻有光泽，毛孔分布均匀无皱缩。指腹轻压果皮微陷但迅速回弹，说明果肉紧实多汁。若按压出现明显凹陷或果皮发软，可能过熟或内部变质。表面有褐色斑点多为日灼或冻伤痕迹。
成熟柠檬因汁液充盈手感沉甸，同等体积下比未成熟果实更重。可对比同批次柠檬，选择相对沉重的个体。重量过轻可能因失水或果肉干瘪，存放时间较长。
新鲜成熟柠檬的果蒂呈绿色且与果实连接紧密，轻拉不易脱落。若果蒂干枯发黑或已脱落，说明采摘时间过久。部分果园会在柠檬未完全成熟时提前采摘，此类果实需后熟处理。
挑选柠檬时可综合观察上述特征，成熟果实维生素C和柠檬酸含量达到峰值。短期保存可放置阴凉通风处，长期储存建议用保鲜袋密封冷藏。表皮有轻微瑕疵不影响食用，但霉变或软烂需丢弃。日常饮用柠檬水建议选用成熟鲜果，未成熟果实泡水可能刺激胃肠。柠檬皮富含类黄酮物质，洗净后可用于烘焙或制作蜜饯，实现全果利用。
