理论研究认为三个阶段，即厌氧消化过程分为水解发酵阶段、产乙酸产氢阶段、产甲烷阶段三部分。

水解发酵阶段和产乙酸产氢阶段又可合称为酸性发酵阶段。在这个阶段，污水中的复杂有机物，在酸性腐化菌或产酸菌的作用下，分解成简单的有机物，如有机酸，醇类等，以及CO2、NH3和H2S等无机物。由于有机酸的积累，污水的pH值下降到6以下。此后，由于有机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐和氨等使酸性减退，pH值回升到6.6～6.8左右。

⑴水解酸化阶段。污水中复杂的大分子、不溶性的有机物在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，水解产生挥发性有机酸、醇类及醛类等。

⑵产氢产乙酸阶段。在产氢产酸菌的作用下，各种有机酸分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。

⑶产甲烷阶段。产甲烷菌将乙酸、氢及二氧化碳转化为甲烷。

厌氧消化工艺由普通厌氧消化法演变发展为厌氧接触法（厌氧活性污泥法）、生物滤池法、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧流化床、复合厌氧法等，其中普通消化池法、厌氧接触法等为代厌氧反应器，生物滤池法、UASB、厌氧流化床等为二代厌氧反应器，随着厌氧技术的发展，由UASB衍生的EGSB和IC（内循环）厌氧反应器为三代厌氧反应器。

UASB厌氧反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持利。在污泥层形成的一些体附着在污泥颗粒上，附着和没附着的体向反应器部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器体发射器的底部，引起附着泡的污泥絮体脱。泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没附着的体被收集到反应器部的三相分离器的集室。置于集室单元缝隙之下的挡板的为体发射器和防止沼泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。

由于厌氧反应塔的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近放点降低。由于流速降低污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度上将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回反应区，这部分污泥又将与进水机物发生反应。