也称沼气发酵法，一种利用厌氧微生物处理污水的方法。厌氧发酵是在厌氧条件下由多种厌氧微生物的共同作用，使污水中的有机物分解并生成甲烷和二氧化碳的过程。厌氧发酵法处理污水的过程分为发酵、产氢和乙酸、产甲烷三个阶段(见生物学处理法)。

厌氧发酵法处理污水的构筑物有厌氧生物滤池、沼气发生设备等(见污水处理设施和沼气发生设备)。

与好氧性生物处理相比，厌氧发酵法具有如下特点：①不但能量需求大大降低，而且还可产生作为能源使用的沼气。沼气中含有50%～70%的甲烷，其热值为21 000～25 000kJ/m3。②污泥产量极低。这是因为厌氧性微生物的增殖速率远远低于好氧性微生物的缘故。③可对好氧性微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解。

但是，厌氧发酵法对温度、pH等环境因素更为敏感。厌氧性微生物可分为高温和中温两大类，其适宜的范围分别是55℃左右和35℃左右。当温度在10℃以下时，厌氧性微生物的活动能力非常低下。而好氧性微生物只要温度大于5℃，就能很好地发挥作用。产甲烷菌的最适宜pH范围也比好氧性微生物小。经厌氧发酵法处理后的污水中有机物浓度要比好氧法处理后高，一般不能达到污水排放标准，因此还需要进行进一步的好氧性生物处理。