厭氧處理是一種在無氧條件下，利用厭氧微生物（如專性厭氧菌和兼性厭氧菌）將污水和污泥中的有機污染物轉化爲無機物（如二氧化碳、甲烷）和細胞物質（如沼氣）的過程。
這個過程可以分爲兩個主要階段，第一階段是酸性發酵階段，此階段主要由產酸菌作用，將複雜有機物分解成簡單的有機酸和醇類等，同時產生二氧化碳、氨、氮和硫化氫等無機物；第二階段是鹼性發酵階段，這一階段由甲烷細菌主導，將第一階段的代謝產物進一步分解成甲烷、二氧化碳等。厭氧處理具有多種優點，如能產生可再生能源（如沼氣）、處理高濃度有機廢水、減少對環境的負面影響，並且能耗較低，但它的缺點包括處理時間較長，且可能產生一些有臭味的氣體。