Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ của CTRSH dưới điều kiện kỵ khí xảy ra theo 3 bước:  Bước thứ nhất là quá trình thủy phân các hợp chất có phân tử lượng lớn thành những hợp chất thích hợp dùng làm nguồn năng lượng và mô tế bào.  Bước thứ hai là quá trình chuyển hóa các hợp chất sinh ra từ bước 1 thành các hợp chất có phân tử lượng thấp hơn xác định.  Bước thứ ba là quá trình chuyển hóa các hợp chất trung gian thành các sản phẩm cuối đơn giản hơn, chủ yếu là khí metan (CH4) và khí cacbonic (CO2). Trong quá trình phân hủy kỵ khí, nhiều loại vi sinh vật kỵ khí cùng tham gia quá trình chuyển hóa phần chất hữu cơ của CTR thành sản phẩm cuối bền vững. Một nhóm vi sinh vật có nhiệm vụ thủy phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử và lipid thành các thành phần xây dựng cấu trúc như axit béo, monosacharic, amino axit và các hợp chất liên quan. Nhóm vi sinh vật kỵ khí thứ hai được gọi là nonmetanogenic (gồm các vi sinh vật kỵ khí tùy tiện và vi sinh vật kỵ khí bắt buộc) lên men các sản phẩm đã cắt mạch của nhóm 1 thành các axit hữu cơ đơn giản mà chủ yếu là acetic axit. Nhóm vi sinh vật thứ 3 chuyển hoá hydro và acetic axit thành khí metan và CO2. Vi sinh vật metan hóa chỉ có thể sử dụng một số cơ chất nhất định để chuyển hóa thành metan như CO2 + H2, formate, acetate, metanol, methylamines, và CO.