廢水厭氧生物處理是指在無氧條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中各種復雜有機物分解轉化成甲烷和二氧化碳等物質的過程。
而在厭氧生化處理過程中，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
高分子有機物相對分子量巨大，不能透過細胞膜，不能為細菌直接利用，因此它們在一階段被細菌胞外酶分解為小分子。
例如：纖維素被纖維素水解酶水解為纖維素二糖與葡萄糖，淀粉被水解為淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白質酶水解為多肽與氨基酸等。這些小分子的產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。
發(fā)酵（或酸化）階段
在這一階段，上述小分子的化合物在發(fā)酵細菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。
這一階段的主要產物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質，因此未酸化廢水厭氧處理時產生更多的剩余污泥。
乙酸階段
在此階段，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。
產甲烷階段
這一階段里，乙酸，氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。
利用前面的水解酸化階段可以使廢水中有機大分子物質被細胞外酶分解為小分子，這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用，可改善廢水的可生化性。
