污水厌氧处理过程通常可以分为四个阶段：

水解阶段：高分子有机物（如纤维素、淀粉、蛋白质等）在细菌胞外酶的作用下被分解成小分子有机物（如纤维二糖、葡萄糖、麦芽糖、短肽、氨基酸等）。这些小分子有机物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。水解阶段通常较缓慢，被认为是厌氧降解的限速阶段。

发酵或酸化阶段：小分子有机物在发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物（如挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等）并分泌到细胞外。这些产物是后续阶段的底物。

产乙酸阶段：在产氢产乙酸菌的作用下，发酵或酸化阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。

产甲烷阶段：乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段是整个厌氧过程的限速阶段，因为甲烷菌的生长缓慢。