有机废物好氧发酵过程实际上就是基质的微生物发酵过程。微生物将有机物转化为二氧化碳、生物量（微生物细胞物质）、热量和腐殖质。发酵中使用的有机物料、填充剂和调节剂绝大部分来自植物，它们的主要成分是碳水化合物（即纤维素）、蛋白质、脂类和木质素。微生物通过新陈代谢活动分解有机底物来维持自身的生命活动，同时达到分解复杂的有机物为可被生物利用的小分子物质的目的。好氧发酵过程中，有机废物中的可溶性小分子有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物吸收利用。不溶性大分子有机物则先附着在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质，再输送入细胞内被微生物利用。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物氧化成简单的无机物，并提供生命活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物增殖。
[C、H、O、N、S、P]+O2→CO2+NO3-+SO42++CxHyOz(不含氮的有机物）+(x+1/2y-1/2z)02→xCO2+1/2yH2O+能量CsHtNuOv·aH2O(含氮的有机物）+bO2→
CwHxNyOz·hH2O(堆肥）+dH2O(气）+dH2O(水）+fCO2+gNH3+能量
(2)细胞物质的合成（包括有机物质的氧化，并以NH3为氮源）n(CxHyOz)+NH3+(nx+ny/4-nz/2-5)O2→C5H7NO2(细胞物质）+(nx-5)CO2+1/2(ny-4)H2O+能量
C3H2NO2+5O2→5CO2+2H2O+NH3+能量这是指发酵过程的初期，堆层基本呈15～45℃的中温，嗜温性微生物较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物进行旺盛的生命活动。这些嗜温性微生物包括真菌、细菌和放线菌，主要以糖类和淀粉类为基质。真菌菌丝体能够延伸到堆肥原料的所有部分，并会出现中温真菌的子实体。同时蜡、千足虫等将摄取有机废物。腐烂植物的纤维素将维持线虫和线蚁的生长，而在更高一级的消费者中弹尾目昆虫以真菌为食，缨甲科昆虫以真菌孢子为食，线虫摄食细菌，原生动物以细菌为食。当堆温升至45℃以上时即进入高温阶段，在这一阶段，除少数部分残留下来的和新形成的水溶性有机物继续分解转化外，复杂的有机物，如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解，同时开始腐殖质的形成过程，出现能溶解于弱碱的黑色物质。这一阶段中嗜温微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是嗜热微生物，常见的有好热真菌（如Thermomyces)、好热放线菌（如A.theromfuscus、A.thermoodiosprus)等。这两类菌中，放线菌占优势。在高温阶段中，各种嗜热性微生物的生命活动.适宜温度也是不相同的，在温度上升过程中，嗜热微生物的类群和种群是互相接替的。通常在50℃.活跃的是嗜热性真菌和放线菌；当温度上升到60℃以上时，真菌则几乎完全停止活动，仅为嗜热性放线菌和细菌的活动；温度升到70℃以上时，对大多数嗜热性微生物已不再适应，从而大批进入死亡和休眠状态。现代化堆肥生产的.佳温度一般为55℃，这是因为大多数微生物在45～80℃范围内.活跃，.易分解有机物，其中的病原菌和寄生虫大多数可被杀死。.近几年来不断有商业性报道，称堆肥温度即使在85℃，嗜热性微生物也能够很好地生存。在这种情况下，有机废物中允许的含水率可达98%。达到如此极端条件的关键是供氧方式和供氧速率。常规堆肥的供氧技术很难保证堆体每一个角落都有氧气供给，因而限制了微生物的生长，这可能是今后堆肥工艺的研究方向之一。国外的一些公司称，不仅可以制造固体有机肥，还可制造液体有机肥。由于在高含水率条件下，有机废物可以破碎成浆状，使供氧条件明显改善，突破了常规堆肥对堆体含水率的限制。因此，由有机废物制造液体肥比固体肥更有前途。在内源呼吸后期，剩下部分为较难分解的有机物和新形成的腐殖质。此时微生物的活性下降，发热量减少，温度下降，嗜温性微生物又占优势，对残余较难分解的有机物进行进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段，需氧量大大减少，含水率也降低。
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