厌氧消化可粗略的分为水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，如下图所示。

第一阶段为水解酸化阶段。在该过程中复杂的大分子、不容性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子和溶解性有机物，然后渗人细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。

第二阶段为产氢产乙酸阶段。该过程在产氢产乙酸细菌作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化称乙酸合H₂ 在降解奇数碳素有机酸时还形成CO₂。

第三阶段为产甲烷阶段。此阶段主要依靠产甲烷细菌的作用，将乙酸、乙酸盐、CO₂和H₂等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱竣产生甲烷，前者约占总量的1乃后者约占2/3。

虽然厌氧消化过程可分为以上三个阶段，但是在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡，这种动态平衡一旦被pH值、温度、有机负荷等外加因素破坏，则将首先使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至会导致整个厌氧消化过程的停滞。