一是液化阶段。在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物。

二是产酸阶段。三个细菌群体的联合作用，先由发酵性细菌将液化阶段产生的小分子化合物吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产氢乙酸菌把发酵性细菌产生的丙酸、丁酸转化为甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳。

三是产甲烷阶段。产甲烷细菌群可以分为食氢产甲烷菌和依乙酸产甲烷菌两个大类群。有70多种产甲烷菌，它们利用以上不产甲烷的三种菌群所分解转化的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷。

产甲烷细菌群生长非常缓慢，如甲烷八叠球菌在乙酸上生长时其培增时间为1—2天，甲烷菌丝倍增时间为4—9天；而且严格厌氧，对氧气和氧化剂非常敏感，在有空气的条件下就不能生存；它们要求在中性偏碱和适宜温度环境条件。所以沼气池需要密封，不能让沼气跑出来，也不能让氧气跑进去，还要控制好温度和酸碱度。