污泥堆肥的原理主要涉及在人為控制條件下，利用微生物的發酵作用將廢棄的有機物轉化為肥料的過程。
在堆肥過程中，污泥中的微生物會分解有機物，同時產生熱量和二氧化碳。這些熱量能提高溫度，有效地殺滅病菌、寄生蟲卵和雜草種子。隨著微生物的分解作用，有機物逐漸轉化為穩定的有機物和無機物。穩定的有機物可用作肥料，而無機物則成為土壤的一部分。
污泥堆肥的過程包括好氧和厭氧兩種主要方法。好氧堆肥在有氧條件下進行，依靠好氧微生物的作用，將污泥中的有機物轉化為富含植物營養素的腐殖質，而厭氧堆肥在無氧條件下進行，通過厭氧微生物的代謝作用分解污泥中的有機物質。好氧堆肥相比厭氧堆肥，更能有效地去除病原體和減少廢物體積，且更節能和高效。
通過這種方式，污泥堆肥不僅能夠減少廢物的體積，還能夠生產出可作為肥料使用的產品，實現資源的循環利用。