垃圾厭氧消化是指在厭氧微生物的分解作用下，使垃圾中有機物分解（消化）並趨於穩定。厭氧消化時有機物的分解過程可分為產酸和產氣兩個階段。在產酸階段，在兼性好氧的酸性腐化菌或產酸菌的作用下，垃圾中的含碳有機物被水分解為單糖，蛋白質被水解為多肽和胺基酸，脂肪被水解成丙三醇、脂肪酸等，還有醇、氨，同時還釋放能量。在產氣階段，前一階段產生的各種有機酸、醇類在厭氧條件下被甲烷細菌分解為甲烷、CO、NH3、H2和H2S等。這一過程有機物的分解速度緩慢。衛生土地填埋處置垃圾即以厭氧消化為基礎。
