厭氧堆肥是在缺氧條件下，將垃圾中的可降解有機物通過厭氧微生物的代謝，使其達到腐熟,其產物除CO₂和水之外，還有氨、硫化氫、甲烷和其他有機酸等還原物質。

厭氧堆肥可大概分為以下兩個階段：

一、產酸階段

產酸階段又可分為水解階段和酸化階段。在水解階段,厭氧菌根據所分解的對象可以分為纖維素分解菌、脂肪分解菌和蛋白質分解菌，它們分別把多糖水解成單糖、蛋白質轉化成肽和氨基酸、脂肪轉化成甘油和脂肪酸。在酸化階段，由產醋酸細菌(例如膠醋酸菌和某些梭狀芽孢杄菌等)把較高級的脂肪酸分解成醋酸和氫；水解階段,分解脂眆時產生的長鏈脂肪酸如硬脂酸，消化蛋白質時產生的芳族酸如苯基醋酸和吲哚酸，也被酸化階段細菌分解為醋酸和氫。

二、產甲烷階段

在產甲烷階段，甲烷菌把產酸階段產生的醋酸轉化為CH₄和CO₂，或者利用H₂把CO₂還原成甲烷，或者利用其他細菌產生的甲酸形成甲烷。在這一過程中，不同的物質經過不同的代謝過程，因而有不同的代謝速度。例如乙酸(醋酸)、甲酸可直接轉化為甲烷，代謝只要甲烷菌參與即可，轉化較快；但較復雜的有機物如葡萄糖的代謝則需要兩類微生物參與，速度要慢得多。

好氧堆肥與厭氧堆肥的相同點：

a.都是微生物作用下的有機物降解過程，需要微生物培養的條件，包括營養元素合理分配、溫度、pH值等；

b.降解有機污染物，殺滅病原體，提高N、P的比例，使生肥變成植物更易于吸收的熟肥。

好氧堆肥與厭氧堆肥的區別：

a.條件不同，好氧堆肥是在有氧條件下進行，而厭氧堆肥是在厭氧條件下進行的；

b.菌種不同，好氧堆肥是好氧菌起主導作用，而厭氧堆肥是厭氧菌起主導作用；

c.產物不同，好氧堆肥的產物是CO₂、H₂O，降解終產物沒有二次污染，而厭氧堆肥的產物是CH₄、H₂O等,CH₄是溫室氣體，處理不當易造成二次污染；

d.降解能力不同，好氧堆肥可降解的有機物種類比較有限，而厭氧堆肥的能力較強，可以降解一些好氧情況下難降解的有機物。