Quá trình phân giải kị khí xảy ra theo bốn bước:

- (1) Thủy phân: Các chất hữu cơ phức tạp (carbohydrate, protein, chất béo) được vi khuẩn thủy phân thành các phân tử hữu cơ hòa tan đơn giản, sử dụng nước để phân chia các liên kết hóa học giữa các chất.

- (2) Lên men hoặc Acidogenesis: Quá trình phân hủy tinh bột bằng enzyme, vi khuẩn, nấm men, nấm mốc khi không có oxygen.

- (3) Acetogenesis (quá trình acetate hóa): Quá trình chuyển đổi các sản phẩm lên men thành acetate, hydrogen và carbon dioxide do vi khuẩn acetogenic.

- (4) Methanogenesis (quá trình methane hóa): Hình thành khí sinh học từ acetate, hydrogen và carbon dioxide nhờ vi khuẩn men vi sinh methanogenic.