第一階段，水解和發(fā)酵。在這一階段中復(fù)雜有機(jī)物在微生物(發(fā)酵菌)作用下進(jìn)行水解和發(fā)酵。多糖先水解為單糖，再通過酵解途徑進(jìn)一步發(fā)酵成乙醇和脂肪酸等。蛋白質(zhì)則先水解為氨基酸，再經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生脂肪酸和氨。脂類轉(zhuǎn)化為脂肪酸和甘油，再轉(zhuǎn)化為脂肪酸和醇類。

第二階段，產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸(即酸化階段)。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，把除甲酸、乙酸、甲胺、甲醇以外的第一階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如脂肪酸(丙酸、丁酸)和醇類(乙醇)等水溶性小分子轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和CO2。

第三階段，產(chǎn)甲烷階段。甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和(H2+CO2)等基質(zhì)通過不同的路徑轉(zhuǎn)化為甲烷，其中最主要的基質(zhì)為乙酸和(H2+CO2)。厭氧消化過程約有70%甲烷來自乙酸的分解，少量來源于H2和CO2的合成。

從發(fā)酵原料的物性變化來看，水解的結(jié)果使懸浮的固態(tài)有機(jī)物溶解，稱之為“液化”。發(fā)酵菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌依次將水解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸，使溶液顯酸性，稱之為“酸化”。甲烷菌將乙酸等轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等氣體，稱之為“氣化”。