（1）水解（液化）阶段微生物的孢外酶，如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，将有机物进行体外酶解，纤维素、淀粉等多糖分解成单糖和二糖进而形成丙酮酸，蛋白质转化为肽和氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸。也就是说，将固体有机物转化为可溶性的分子量较小的物质。
（2）产酸阶段上一阶段的液化产物进入微生物细胞，在胞内酶的作用下迅速转化为低分子化合物，如低级脂肪酸、醇、中性化合物等，其中以挥发性有机酸尤其是乙酸所占的比例最大，可以达到80％左右。这一阶段通常有大量的H2游离出来，因此也称为产氢产酸阶段。
（3）产甲烷阶段由严格厌氧的产甲烷菌完成。它们利用一碳化合物（二氧化碳、甲醇、甲酸、甲基胺和一氧化碳）、乙酸和氢气产生甲烷。其中约有30％来自氢的氧化和二氧化碳的还原，另外70％则来自乙酸盐。在这一阶段，前面所产生的低分子物质几乎有90％可以转化为甲烷，其余10％则被甲烷菌作为自身的养料进行新陈代谢。
上述三个阶段实际上是一个连续的过程，相互依赖。发酵初期以第一和第二阶段为主，兼有第三阶段反应。发酵后期，三个阶段的反应同时发生，在一定的动态平衡下，才能够持续正常地产气。