废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵；是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。
1、两阶段理论：20世纪30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论”***阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要参与反应的微生物统称为发酵***或产酸***；
这些微生物的特点是：
1）生长速率快，
2）对环境条件的适应性（温度、pH等）强。第二阶段：产***阶段，又称碱性发酵阶段；是指产***菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；主要参与反应的微生物被统称为产***菌（Methane producing bacteria）；
产******的主要特点是：
1）生长速率慢，世代时间长；
2）对环境条件（温度、pH、***物等）非常敏感，要求苛刻。
2、三阶段理论对厌氧微生物学的深入研究后，发现将厌氧消化过程简单地划分为上述两个过程，不能真实反映厌氧反应过程的本质；厌氧微生物学的研究表明，产***菌是一类十分特别的古***（Archea），除了在分类学和其特殊的学报结构外，其***主要的特点是：产******只能利用一些简单有机物作为基质，其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、***、甲基胺类以及H2/CO2等，两碳物质中只有***，而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和***以外的醇类；上世纪70年代，Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产***菌”的***，实际上是由两种***共同组成的，一种***首先把乙醇氧化为***和H2（一种产氢产******），另一种***则利用H2和CO2产生CH4（一种真正意义上的产******——嗜氢产******）；因而，Bryant提出了厌氧消化过程的“三阶段理论”：水解、发酵阶段：产氢产***阶段：产氢产***菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为***、H2/CO2；产***阶段：产***菌利用***和H2、CO2产生CH4；一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自***的分解，其余的则产自H2和CO2。
3、四阶段理论（四菌群学说）：几乎与Bryant提出“三阶段理论”的同时，又有人提出了厌氧消化过程的“四菌群学说”：实际上，是在上述三阶段理论的基础上，增加了一类***——同型产***菌，其主要功能是可以将产氢产******产生的H2/CO2合成为***。但研究表明，实际上这一部分由H2/CO2合成而来的***的量较少，只占厌氧体系中总***量的5%左右。总体来说，“三阶段理论”、“四阶段理论”是目前公认的对厌氧生物处理过程较***和较准确的描述。
4、 多阶段理论 但是，当利用厌氧生物处理工艺处理含有复杂有机物的时候，在厌氧反应器中发生的反应会远比上述“三阶段理论”、“四阶段理论”中所描述的反应过程复杂，可以参见“厌氧复杂体系示意图”。