1、三階段理論
厭氧微生物學的研究表明，產甲烷菌是一類十分特別的古細菌（Archea），除了在分類學和其特殊的學報結構外，其最主要的特點是：產甲烷細菌只能利用一些簡單有機物作為基質，其中主要是一些簡單的一碳物質如甲酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等，兩碳物質中只有乙酸，而不能利用其它含兩碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類。
（1）水解、發酵階段：
（2）產氫產乙酸階段：產氫產乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉化為乙酸、H2/CO2；
（3)產甲烷階段：產甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產生CH4；
一般認為，在厭氧生物處理過程中約有70%的CH4產自乙酸的分解，其余的則產自H2和CO2。
2、四階段理論：
實際上，是在上述三階段理論的基礎上，增加了一類細菌——同型產乙酸菌，其主要功能是可以將產氫產乙酸細菌產生的H2/CO2合成為乙酸。但研究表明，實際上這一部分由H2/CO2合成而來的乙酸的量較少，只占厭氧體系中總乙酸量的5%左右。
總體來說，“三階段理論”、“四階段理論”是目前公認的對厭氧生物處理過程較全面和較準確的描述。