厌氧发酵罐是沼气工程的核心设备，主要用来满足微生物的生活条件，使它们在合适的环境中生活，以达到发酵旺盛，产气量高的目的。微生物的繁殖、有机物的分解转化、沼气的生成都是在消化器里进行的，因此，消化器的结构和运行情况是一个沼气工程设计的重点，要根据发酵原料或处理污水的性质以及发酵条件选择适宜的工艺类型和消化器结构。
一般来说，废水中复杂有机物物料比较多，通过厌氧分解分四个阶段加以降解：
1.水解阶段：高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。废水中典型的有机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。
2.酸化阶段：上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。
3.产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。
4.产甲烷阶段：在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段也是整个厌氧过程重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。
厌氧发酵条件：
温度：厌氧处理工艺一般分为常温（10~34℃）、中温（35~40℃）、高温（50~55℃）三种。由于中温菌（特别是产甲烷菌）种类多，易于培养驯化、活性高，且中温是相对较容易达到的条件，因此厌氧处理常采用中温消化。
