(1)水解階段：高分子有機物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中典型的有機物質比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細胞壁進入到細胞的體內進行下一步的分解。

(2)酸化階段：上述的小分子有機物進入到細胞體內轉化成更為簡單的化合物并被分配到細胞外，這一階段的主要產物為揮發性脂肪酸(VFA)，同時還有部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產物產生。

(3)產乙酸階段：在此階段，上一步的產物進一步被轉化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細胞物質。

(4)產甲烷階段：在這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇都被轉化成甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。這一階段也是整個厭氧過程為重要的階段和整個厭氧反應過程的限速階段。

厭氧技術發展過程大致經歷了三個階段：

階段(1860-1899年)：簡單的沉淀與厭氧發酵合池并行的初期發展階段。這個發展階段中，污水沉淀和污泥發酵集中在一個腐化池(俗稱化糞池)中進行，泥水沒有進行分離。

第二階段(1899-1906年)：污水沉淀與厭氧發酵分層進行的發展階段。

第三階段(1906-2001年)：獨立式營建的發展階段。這個發展階段中，沉淀池中的厭氧發酵室分離出來，建成獨立工作的厭氧消化反應器。