污泥消化后不易腐化，病原菌和寄生虫卵大部分被灭活，恶臭减少，有利于对污泥的进一步处理处置和利用。污泥消化工艺有厌氧消化和好氧消化两种。

厌氧消化又称厌氧发酵，普遍存在于自然界中。厌氧消化是污泥消化最常用的处理工艺。厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌将厌氧消化过程分为3个阶段，即水解、发酵阶段，产氢（H₂）产乙酸阶段，产甲烷（CH₄）阶段。其中产氢产乙酸阶段是将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H₂、二氧化碳（CO₂）；产甲烷阶段是利用乙酸和H₂、CO₂产生CH₄。一般在厌氧生物处理过程中约有70%的CH₄产自乙酸的分解，其余的则产自H₂和CO₂。经过这三个阶段，泥质已稳定，其中污泥气可收集利用。每分解l千克挥发性干物质，一般可产污泥气750～1100升。在厌氧消化过程中，通过接种消化污泥、控制污泥停留时间，即可维持pH值在7.2左右，从而得到所需的稳定污泥，有机物分解率一般可达30%～50%。影响污泥厌氧消化的因素很多，其中最重要的因素是温度。消化过程的工作温度可分为低温、中温和高温3种情况。

好氧消化主要通过好氧氧化作用，使污泥中以胶体或溶解状态存在的有机物矿化的过程。在此过程中，大部分污泥处于内源呼吸期。与污泥厌氧消化相比，好氧消化处理的基建设施占地小，基建费用低，运行安全，管理方便简单；污泥中可生物降解有机物的降解程度高；处理后的产物无臭味、肥效提高，易被植物吸收等优点。其缺点为供氧需要动力，能耗大，运行费用高；无沼气回收；因好氧消化不加热，污泥有机物降解受温度影响较大等。

污泥消化的构筑物统称为消化池。化粪池(又称腐化池)与双层沉淀池同属低温消化池。中温消化池一般为密闭的圆柱形(或矩形)钢筋混凝土池，内径一般为6～35米，高5～15米。卵形中温消化池的受力情况较好，搅拌无死角，上端浮渣面积小，但施工较困难。消化池通常是并联使用，也可串联使用，即两级消化。两级消化的第1级消化池分解大部分有机物，其加热、搅拌、集气，均按常规消化池操作，但不排上清液，所产污泥气约占总产气量的90%。第2级消化不加热、不搅拌，可集气或不集气(用开口池)，但排上清液。两级消化的优点是上清液为静态沉淀所形成，含固量低，而排泥则较浓。两级消化的总池容及耗热量均低于一级消化。