مرحله یکم: ( تخمیر اسیدی)
در این مرحله اول لجن تازه که دارای رنگی زرد متمایل به خاکستری و از نظر درجه اسیدی تقریباً حالت خنثی دارد شروع به تعفن نموده، درجه اسیدی آن به ۵ و حتی به ۴ نیز می‌رسد و محیط آن به شدت اسیدی می‌شود. انجام دهنده ی این واکنش و واکنش ها گروهی از باکتری‌های بی‌هوازی هستند که به به نام باکتری‌های بی‌هوازی اسیدی نامیده می‌شوند. در این مرحله بیشتر ترکیبات آلی کربن دار مورد تجزیه قرار می‌گیرند و بر مواد آلی ازت دار کمتر تاثیرگذارده می‌شود بنابراین از این نظر شباهتی بین این دو مرحله با دو مرحله ی تصفیه‌ی زیستی با کمک باکتری‌های هوازی وجود دارد. همچنین در ضمن این فعل و انفعال برخی مواد پروتیینی تبدیل به اسیدهای آلی و گاز H۲S می‌شوند.
مرحله دوم: تخمیر متانی یا تخمیر قلیایی
این مرحله با فعالیت گروه دیگری از باکتری‌های بی‌هوازی که بنام باکتری‌های بی‌هوازی متانی نامیده می‌شوند آغاز می‌شود. در ایم مرحله، لجن حالتی خنثی تا کمی قلیایی با درجه اسیدی ۷ تا ۵/۷ بخود می‌گیرد و این محیطی است که باکتری‌های تولید کننده ی گاز متان به خوبی در آن زندگی می‌کنند. در مرحله دوم هضم لجن بجز ترکیب‌های آلی کربن دار ترکیب‌های آلی ازت دار نیز تجزیه می‌شوند و مقدار زیادی گاز متان (CH۴)، گاز کربنیک (CO۲) و کمی گاز ازت (N۲) تولید می‌گردد. مقدار کل گای که از تجزیه‌های نامبرده به‌دست می‌آید بستگی به درجه گرمای لجن دارد.
نسبت گاز متان به دست آمده از هضم لجن فاضلاب شهری ۶۵ تا ۷۰ درصد و گازکربنیک ۳۰ تا ۳۵ درصد کل گاز تولید‌شده می‌باشد همراه گازهای تولید‌شده در مخزن‌های هضم لجن درصد کمی نیز گاز هیدروژن سولفوره H۲S تولید می‌گردد.
باکتری‌های بی‌هوازی که در فرآیند هضم لجن فعالیت دارند از نقطه نظر گرمای مناسب جهت زندگی آن‌ها به دو گروه تقسیم می‌شوند. باکتری‌های گرما دوست که درجه گرمای ۴۰ تا ۶۰ درجه برای زندگی آن‌ها مناسب است و باکتری‌های معمولی که در گرمای ۲۰ تا ۴۰ درجه بهتر زندگی می‌کنند.
در تکنیک هضم لجن کوشش می‌شود که مرحله اسیدی زودگذر باشد و فرآیند هضم لجن بیشتر به صورت متانی و در حالت قلیایی انجام گیرد. برای این کار باید به لجن خام وارد، مقداری لجن هضم شده اضافه نمود. باکتری‌های متانی خیلی در برابر تغییر ناگهانی درجه گرما حساسند. در صورت کاهش ناگهانی گرمای منبع هضم لجن، احتمال برگشت حالت متانی به حالت اسیدی و کاهش مقدار گاز تولیدی زیاد است.همچنین وجود مواد سمی ناشی از نمک‌های برخی فلزها، تمرکز آمونیاک و یا منیزیم در لجن نیز ممکن است موجب برگشت به حالت اسیدی شود.
لجنی که مرحله هضم متانی آن انجام شده باشد دارای رنگ قهوه‌ای مایل به سیاه می‌باشد