两级厌氧消化是根据消化过程沼气产生的规律进行设计的。目的是节省污泥加温与搅拌所需的能量。在中温消化的消化时间与产气率的关系中我们可以看到，在消化的前8天，产生的沼气量约占全部气量的80%，若把消化池设计成两级，第一级有加温，搅拌设备，并有集气罩收集气体，然后把排出的污泥送入第二级消化池。第二级消化池没有加温与搅拌设备，依靠余热继续消化，消化温度约为20-26℃，产气量约占20%，可收集或不收集，由于不搅拌，第二级消化池有浓缩的功能。
两相消化是根据消化机理进行设计的。目的是使各相消化池具有更适合消化过程三个阶段各自的菌种生长繁殖的环境。厌氧消化可分为三个阶段即水解与发酵阶段、产氢产乙酸阶段及产甲烷阶段。各阶段的菌种、消化速度对环境的要求及消化产物等都不相同，造成运行管理方面的诸多不便。采用两相消化法，即把第一、二阶段与第三阶段分别在两个消化池中进行，使各自都有最佳的环境条件。