通过微生物的生命活动合成及分解过程，把一部分被吸收的有机质氧化成简单的无机物，并提供生命活动所需要的能量；同时把另一部分有机物转化成新的细胞物质，使微生物增殖。整个发酵过程由四个阶段组成：
1、升温阶段
发酵初期(通常在1-3天)，粪污中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营养和能量来源，迅速增殖，并释放出热能，使粪污温度不断上升。此阶段温度在45℃范围内，微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽孢细菌。微生物类型较多，主要是细菌、真菌和放线菌。其中细菌主要利用水溶性单糖等，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊的功能。
2、温阶段
当粪污温度上升到45℃以上时，即进入温阶段。通常从发酵开始，只需2-3天时间温度便能迅速地升到65℃，1周内堆温可达到值(温可达80℃)。嗜温性微生物受到制约，嗜热性微生物逐渐取而代之。除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌和细菌活动；温度上升到70℃以上时，大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。
3、降温阶段
随着微生物活动减弱，产生的热量减少，温度自动下降。当温度降至40℃以下时，处于休眠状态的嗜热性微生物又重新活动，继续分解难分解的有机物但微生物活性普遍下降，发热量减少，有机物趋于温度，需氧量大大减少，发酵进入腐熟阶段。
4、腐熟阶段
在腐熟阶段，有机肥基本达到稳定，可出料。
