从本质上说，沼气的产生就是一场“发酵”的战争，即，极其复杂的有机物经许多种微生物的分解和转化作用，尤其是“产甲烷菌”的参与，使其中的碳素化合物完全氧化成二氧化碳，另一部分则完全还原成甲烷的过程。这个十分复杂的发酵过程可分为水解液化、产酸、产甲烷三个阶级。

水解液化是发酵的第一阶段。在此过程中沼气池中的主要菌种(按作用分为纤维菌、脂肪分解菌、果胶分解菌等)必须参加，其任务是把复杂的分解成较简单的化合物，它们使用独特“攻击武器”——“胞外酶”，专攻击猎物，使之转化为可溶的物质。

比如，纤维分解菌，它专门分泌纤维莓酶，能使纤维素分解溶于水，变为双糖或单糖。而脂肪分解菌可把脂肪分解成甘油和脂肪酸。

产酸是发酵的第二阶段。参与这一过程的包括细菌、真菌和原生动物，其“主力军”是产酸菌(按代谢产物不同，可分于产酸、产氢、产甲烷等细菌)。其任务是使第一阶段的可溶性物质进一步转化为小分子化合物，与此同时产生二氧化碳和氢气。其“生力军”是产氢菌，其任务是使不能被利用的中间产物进一步转化为乙酸、氢、二氧化碳等物质，用来作为生成甲烷的“军需品”。

第一和第二阶段是连续进行的，统称为“产甲烷阶段”，实际上是一个加工阶段。

产甲烷是发酵的第三阶段。其“主力军”就是产甲烷菌了。它是一类非常古老而又非常特殊的细菌，它们是发酵过程中最后一批战斗员了。按其形态分为球菌、杆菌、八迭球菌和螺旋菌。它们分别把氢、二氧化碳、乙酸、甲酸盐、乙醇等，全部生成甲烷和二氧化碳。甲烷菌的攻击目标虽不一样，但最终都能制造成甲烷。

沼气发酵的“战争”就这样告终了。在此，战功最大的是产甲烷菌，它可谓是“核心中的核心”。