废水的厌氧生物处理是指在无氧条件下，借助厌氧微生物的新陈代谢作用分解废水中的有机物质，并使之转变为小分子的无机物质的处理过程。1979年出现了厌氧消化的三阶段理论，三阶段理论认为，整个厌氧消化过程可以分为水解发酵、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。
（1）水解发酵阶段
在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，接下来这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸和丁酸等脂肪酸和醇类等。
（2）产氢产乙酸阶段
在产氢产乙菌的作用下，把第一阶段的产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类转化为乙酸等物质。
（3）产甲烷阶段
在该阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2和CO2等转化为甲烷。