機理
污泥厭氧消化是一個多階段的複雜過程，完成整個消化過程，需要經過三個階段（目前公認的），即水解、酸化階段，乙酸化階段，甲烷化階段。各階段之間既相互聯繫又相互影響，各個階段都有各自特色微生物群體。
水解酸化階段
一般水解過程發生在污泥厭氧消化初始階段，污泥中的非水溶性高分子有機物，如碳水化合物、蛋白質、脂肪、纖維素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物質。水解後的物質在兼性菌和厭氧菌的作用下，轉化成短鏈脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，還有乙醇、二氧化碳。
乙酸化階段
在該階段主要是乙酸菌將水解酸化產物，有機物、乙醇等轉變為乙酸。該過程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。
甲烷化階段
甲烷化階段發生在污泥厭氧消化後期，在這一過程中，甲烷菌將乙酸（CH3COOH）和H2、CO2分別轉化為甲烷， 如下：
2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑
4H2+CO2→CH4↑+ 2H2O
在整個厭氧消化過程中，由乙酸產生的甲烷約占總量的2/3，由CO2和H2轉化的甲烷約占總量的1/3。
影響因素
溫度
在污泥厭氧消化過程中，溫度對有機物負荷和產氣量有明顯影響。根據微生物對溫度的適應性，可將污泥厭氧消化分為中溫（一般30~36℃）厭氧消化和高溫（一般50~55℃）厭氧消化。研究表明，在污泥厭氧消化過程中，溫度發生±3℃變化時，就會抑制污泥消化速度；溫度發生±5℃變化時，就會突然停止產氣，使有機酸發生大量積累而破壞厭氧消化。
酸鹼度
研究表明，污泥厭氧消化系統中，各種細菌在適應的酸鹼度 範圍內，只允許在中性附屬檔案波動。微生物對pH的變化非常敏感。水解與發酵菌及產氫、產乙酸菌適應的pH範圍為5.0~6.5，甲烷菌適應的pH範圍為6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化過程的反應速度超過甲烷化過程速度，pH就會降低，從而影響產甲烷菌的生活環境，進而影響污泥厭氧消化效果，然而，由於消化液的緩衝作用，在一定範圍內避免這種情況的發生。
消化液是污泥厭氧消化過程血紅有機物分解而產生的，其中含有除了CO2和NH3外，還有以NH4NCO3形態的NH4+，HCO3-和H2CO3形成緩衝體系，平衡小範圍的酸鹼波動。如下：
H+ + HCO3- ═H2CO3
有毒物質濃度
在污泥厭氧消化中，每一種所謂有毒物質是具有促進還是抑制甲烷菌生長的作用，關鍵在於它們的毒閾濃度。低於毒閾濃度，對甲烷菌生長有促進作用；在毒閾濃度範圍內，有中等抑制作用，隨濃度逐漸增加，甲烷菌可被馴化；超過毒閾上限。則對微生物生長具有強烈的抑制作用。
污泥厭氧消化分類
根據不同的分類方法，污泥厭氧消化可有不同的分類。
按溫度分類
可分為中溫消化（30~33℃）和高溫消化（50~55℃），高溫消化比中溫消化產氣率高，消化池體積小，但能耗相對較高，控制困難。
按運行方式分類
可分為一級消化和二級消化。一級消化指污泥厭氧消化是在單池內完成；二級消化根據污泥消化的運行經驗，在兩個消化池內完成，第一級消化池設有加熱、攪拌裝置及氣體收集裝置，第二級消化池不進行加熱和攪拌，利用第一級的餘熱繼續消化。
目前國內污泥處理現狀
我國現狀污水處理廠約有95%沒有套用污泥厭氧消化，污泥處理不到位。由於污泥往往含水量高，不適合直接填埋，容易造成二次污染。
