厭氧生物處理是在厭氧條件下，形成了厭氧微生物所需要的營養條件和環境條件，利用這類微生物分解廢水中的有機物并產生甲烷和二氧化碳的過程。
高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發酵(或酸化)階段、產乙酸階段和產甲烷階段。
（1）水解階段水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。
（2）發酵（或酸化）階段發酵可定義為有機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機物被轉化為以揮發性脂肪酸為主的末端產物，因此這一過程也稱為酸化。
（3）產乙酸階段在產氫產乙酸菌的作用下，上一階段的產物被進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質。
（4）甲烷階段這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。
酸化池中的反應是厭氧反應中的一段。
厭氧池是指沒有溶解氧，也沒有硝酸鹽的反應池。缺氧池是指沒有溶解氧但有硝酸鹽的反應池。
酸化池——水解、酸化、產乙酸，限制甲烷化，有pH值降低現象。工藝簡單，易控制操作，可去除部分COD。目的提高可生化性；
厭氧池——水解、酸化、產乙酸、甲烷化同步進行。需要調節pH，不易操作控制，去除大部分COD。目的是去除COD。
缺氧池——有水解反應，在脫氮工藝中，其pH值升高。在脫氮工藝中，主要起反硝化去除硝態氮的作用，同時去除部分BOD。也有水解反應提高可生化性的作用。
水解酸化池內部可以不設曝氣裝置，控制停留時間再水解、酸化階段，不出現厭氧產氣階段，前兩個階段的COD去除率不是很高，因為他的目的只是將大分子的變成小分子有機物，一般去除率在20%左右，產氣階段的COD去除率一般在40%左右，但這是產生的硫化氫氣體要進行除臭處理，且達到產氣階段的停留時間要較前兩階段長，也就是要出現厭氧狀態。缺缺氧池內要設置曝氣裝置，控制溶解氧在0.3-0.8mg/l，利用兼氧微生物及生物膜來降解廢水中的有機物，接觸氧化池內的曝氣器要慎重選擇，既要保證供氧量，又要確保有利于生物膜的脫落、更新。一般不選用微孔曝氣器作為池底的曝氣器。
好氧池就是通過曝氣等措施維持水中溶解氧含量在4mg/l左右，適宜好氧微生物生長繁殖，從而處理水中污染物質的構筑物；
厭氧池就是不做曝氣，污染物濃度高，因為分解消耗溶解氧使得水體內幾乎無溶解氧，適宜厭氧微生物活動從而處理水中污染物的構筑物；
缺氧池是曝氣不足或者無曝氣但污染物含量較低，適宜好氧和兼氧微生物生活的構筑物。
不同的氧環境有不同的微生物群，微生物也會在環境改變的時候改變行為，從而達到去除不同的污染物質的目的。
好氧池的作用是讓活性污泥進行有氧呼吸，進一步把有機物分解成無機物。去除污染物的功能。運行好是要控制好含氧量及微生物的其他各需條件的最佳，這樣才能是微生物具有最大效益的進行有氧呼吸。
厭氧處理是利用厭氧菌的作用，去除廢水中的有機物，通常需要時間較長。厭氧過程可分為水解階段、酸化階段和甲烷化階段。
水解酸化的產物主要是小分子有機物，使廢水中溶解性有機物顯著提高，而微生物對有機物的攝取只有溶解性的小分子物質才可直接進入細胞內，而不溶性大分子物質首先要通過胞外酶的分解才得以進入微生物體內代謝。例如天然膠聯劑（主要為淀粉類），首先被轉化為多糖，再水解為單糖。纖維素被纖維素酶水解成纖維二糖與葡萄糖。半纖維素被聚木糖酶等水解成低聚糖和單糖。
水解過程較緩慢，同時受多種因素的影響，是厭氧降解的限速階段。在酸化這一階段，上述第一階段形成的小分子化合物在發酵細菌即酸化菌的細胞內轉化為更簡單的化合物并分泌到細菌體外，主要包括揮發性有機酸（VFA）、乳醇、醇類等，接著進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸等。酸化過程是由大量發酵細菌和產乙酸菌完成的，他們絕大多數是嚴格厭氧菌，可分解糖、氨基酸和有機酸。