将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖。第一段的功能是：水解和液化固态有机物为有机酸；缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并将截留难降解的固态物质。第二段的功能是：保持严格的厌氧条件和pH值，以利于甲烷菌的生长；降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。

二段式厌氧处理法的流程尚无定式，可以采用不同构筑物予以组合。对悬浮物高的工业污水，采用厌氧接触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合已经有成功的经验，如可以是接触消化池一上流式污泥床两步消化工艺，见图5一87；也可以是纤维填料厌氧滤池和上流式厌氧污泥床复合法工艺，见图5一88。

二段式厌氧处理法具有运行稳定可靠，能承受pH值、毒物等的冲击，有机负荷率高，消化气中甲烷含量高等特点；但这种方法也有设备较多、流程和操作复杂等缺陷。研究表明，二段式并不是对各种污水都能提高负荷率。例如，对于固态有机物低的污水，不论用一段法或二段法，负荷率和效果都差不多。