Este proceso ocurre también con el denominado "biogás de pantanos" que brota en las aguas estancadas, en el gas natural, en los yacimientos petrolíferos así como en el biogás producido en el tracto digestivo de los rumiantes.

Cuando se acumula materia orgánica como carbohidratos, proteínas, celulosa, lípidos, grasas, etc., en un ambiente acuoso y cerrado los micro organismos aeróbicos actúan primero tratando de alimentarse de estos sustratos.

Este proceso consume el oxígeno disuelto que pueda existir en el medio. Luego de esta etapa inicial, cuando el oxígeno se agota, aparecen las condiciones necesarias para que la flora anaeróbica se pueda desarrollar consumiendo también la materia orgánica disponible.

La degradación anaeróbica de la materia orgánica la realiza  una población mixta de microorganismos. En el proceso de degradación de la glucosa están involucrados cuatro grupos de bacterias. Bacterias formadoras de ácidos o acidogénicas, de crecimiento muy rápido (tiempo de duplicación mínimo de 30 minutos) que utilizan la glucosa para producir una mezcla de ácido acético, propiónico y butírico. La reacción preferida por estas bacterias es la que conduce a ácido acético. Las otras reacciones son las respuestas de las bacterias a la acumulación de hidrógeno durante las perturbaciones de carga al sistema.

Esta etapa es desarrollada bacterias acetogénicas que realizan la degradación de los ácidos orgánicos donde los alcoholes, ácidos grasos y compuestos aromáticos se degradan produciendo ácido acético, llevándolos al grupo acético CH3-COOH y liberando como productos hidrógeno y dióxido de carbono que son los elementos precursores de las bacterias metanogénicas.  Esta reacción es endoexergética pues demanda energía para su realización, gracias a la estrecha relación simbiótica con las bacterias metanogénicas que substraen los productos finales del medio minimizando la concentración de los mismos en la cercanía de las bacterias acetogénicas.

Las bacterias acetogénicas convierten ácido propiónico y butírico en ácido acético. Estas tienen un crecimiento relativamente lento (tiempo de duplicación mínimo de 1,5 a 4 días. Las reacciones que producen son muy complicadas energéticamente y se interrumpen fácilmente por acumulación de gas hidrógeno disuelto en el medio acuoso.

La metanogénesis es la ultima etapa en la descomposición de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Durante este proceso, aceptores de electrones (como el oxígeno, hierro, sulfato, nitrato y manganeso) se reducen, mientras que se acumulan hidrógeno (H2) y dióxido de carbono. También se acumulan compuestos orgánicos ligeros debido a la fermentación. Durante las fases avanzadas de la descomposición orgánica, todos los aceptores de electrones quedan reducidos excepto el dióxido de carbono.

Este es un proceso que lo realizan microorganismos conocidos como metanógenos (archaeas anaerobias estrictas) que usan el carbono (dióxido de carbono) como aceptor final de electrones para producir metano.

                                            CO2 + 4 H2 → CH4 + 2H2O

En esta fase un segundo grupo de bacterias convierte los ácidos orgánicos en metano y dióxido de carbono. Se trata de bacterias metanogénicas estrictamente anaerobias, es decir que no sobreviven en  presencia de oxígeno molecular. Las más importantes son las que transforman los ácidos propanoico y acético, denominadas bacterias metanogénicas acetoclásticas.

En esta fase se produce el 90% del total del metano que se produce en el biodigestor. Las tasas de crecimiento de las bacterias metanogénicas son cinco veces menores que las de la fase de acetogenesis, por ello, son las que limitarán el proceso de degradación anaerobia.

Las bacterias metanógenicas  sólo pueden multiplicarse cuando está avanzada la fermentación de los sustratos primarios por acción de las bacterias anaerobias facultativas (por ejemplo Escherichia, Enterobacter, Klebsiella o Bacillus ) y se haya consumido todo el oxígeno disuelto, de manera que el potencial redox haya alcanzado en un valor entre que -350  y -550 mV. El valor optimo del pH para que ocurra  esta reacción esta en el rango de 6,8 - 7,5 llegando en algunos casos hasta valores del pH de hasta 8,00.