污泥含有多种有机物，因此需要多种微生物来分解。有关资料将厌氧消化中的微生物分为两类：产酸菌和甲烷菌。所以，我们也能把厌氧消化分为两步。步，由兼性和组成的产酸菌通过水解作用溶解有机固体。接着溶解质由发酵作用转化为酒精和低分子量分子。第二步，有严格组成的甲烷菌将乙酸、酒精、水和二氧化碳转化为甲烷。因为两种菌群只能在无氧的环境下存活，所以厌氧消化的反应器必须是密闭的。设计容器的时候同时也要考虑另外的一些因素，例如：温度、pH值和混合物搅拌。

污泥的营养成分有利于植物成长，而其颗粒特性可用于土地改良。这些应用局限有饲料作物和非人类消费，而运用于支持可食用植物的可能性正在研究中。污泥土地应用的主要限制因素为植物富集金属毒性和水体富营养污染。污泥的应用可通过在流态时由喷淋器喷淋、沟渠导流或直接注入土壤。去水污泥可以由传统农用机械铺设在土地之上在和培养土壤。

污泥处理是污水处理的重要组成部分，从沉淀池排出的污泥其含水率很高，通常在95%以上，因此需要对污泥进行干化处理。污泥干化主要有压滤机压滤和污泥干化池干化两种方法。其中压滤的方法投资大，运行费用高。而污泥干化池干化的方法投资小运行费用低，因而在有足够空间的地方多采用污泥干化池干化。

污泥稳定的主要目的是利用生化方法降解污泥中的有机固体物质，使污泥更为稳定（减少臭味及腐败），且更容易脱水，同时减少污泥质量。一般而言，如果直接进行污泥脱水和焚烧，则不需要稳定处理。污泥稳定有两种基本方式：一种是在密闭的反应器中隔绝氧气下进行，称为厌氧消化；另一种则是在污泥中通入空气，称为好氧消化。