有机物厌氧分解过程有一定的限度，即不能最终达到无机化程度，这样的过程称为酵。糖类在厌氧条件下受细菌发酵的过程包含了如下所示的多种可能反应途径：对以上历程在虚线处作了很多的省略，但从中仍可看出，糖类发酵的产物可能有酒精、乳酸和其他低碳一元羧酸。这类过程被称为酒精发酵和酸性发酵。过程实质是以葡萄糖酵解产物丙酮酸代替氧气作受氢体。过程中所产生的酸可使介质pH值降低，进一步引起细菌生命活动中断而停止降解过程。但如果条件适宜就可能发生另一类发酵过程，使有机醇、酸继续实行无氧氧化，最终产生CH4气体，这称为甲烷发酵。
甲烷发酵是由专门的甲烷细菌促成的，这类细菌是绝对厌氧菌，在污水和污泥中广泛存在，可以分解低级的醇、酸以及醋酸。这些反应的实质是以CO2或有机物分子本身作为受氢体的无氧氧化过程，可表示为：
2CH3CH2OH CO2→2CH3COOH CH4
2CH3（CH2）2COOH CO2 2H2O→4CH3COOH CH4
CH3COOH→CO2 CH4
甲烷发酵是在无氧条件下有机物降解的最终阶段，但它只能在适宜的条件下发生。无氧、有一定的菌种、一定的pH值和温度范围等都是必要的条件。甲烷细菌要求的最优pH值为6.4～7.2，低于6或高于8则会停止生长繁殖。最优温度则在32～70℃。
以上各种发酵过程也是在各种酶和辅酶作用下完成的，过程具有相当的复杂性。由于发酵产物仍是小分子有机物，所以过程中释放出来的能量是不高的。如上述乙醇发酵和乳酸发酵时产生的能量分别是112.5kJ/mol和97.5kJ/mol（作为对比，葡萄糖彻底氧化释出能量为2880kJ/mol）。
总的说来，有机物厌氧性降解大多发生在富营养湖及污染河流底部，这种过程在不同种类的细菌作用下，按如下所示的三个阶段进行，前两阶段合称液化阶段，后一阶段称气化阶段。
