厌氧系统中的有毒物质会不同程度地对过程产生抑制作用，这些物质可能是进水中所含成分，也可能是厌氧菌代谢的副产物，通常包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构的，往往具有抑制性。五氯苯酚和半纤维素衍生物，主要抑制产乙酸和产甲烷细菌的活动。

重金属被认为是使反应器失效的最普通及最主要的因素，它通过与微生物酶中的琉基、氨基、梭基等相结合，而使酶失去活性，或者通过金属氢氧化物的凝聚作用使酶沉淀。据资料，金属离子对产甲烷菌的影响按Cr > Cu > Zn > Cd > Ni的顺序减少。

氨是厌氧过程中的营养物和缓冲剂，但高浓度时也产生抑制作用，其机理与重金属不同，是由NH犷浓度增高和pH值上升两方面所产生的，主要影响产甲烷阶段，抑制作用可逆。据资料，当NH₃一N浓度在1500mg/L一3000mg/L时，在碱性pH值下有抑制作用，当浓度超过3000mg/L时，则不论pH值如何，按离子都有毒。

过量的硫化物存在也会对厌氧过程产生强烈的抑制。首先，由硫酸盐等还原为硫化物的反硫化过程与产甲烷过程争夺有机物氧化脱下来的氢；其次，当介质中可溶性硫化物积累后，会对细菌细胞的功能产生直接抑制，便产甲镜留的种群城少、迫当与重金属离子共存时，因将形成硫化物沉淀而使毒性减轻。据资料介绍，当硫含量在100mg/L时，对产甲烷过程有抑制，超过200mg/L，抑制作用十分明显。硫的其他形式化合物(SO₂、SO₄^2-等）对厌氧过程也有抑制。

有毒物质的最高允许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条等因素有关。