在富含纤维素类有机物质的厌气分解产生沼气的过程中，参与作用的各种微生物类群。沼气发酵过程是由4大类沼气菌群联合作用而完成。第一类菌群在污水、污泥中主要是腐败梭菌（Clostri-dium putrefaciens）、在瘤胃中则是拟杆菌属（Bac-teroides）、月形单胞菌属（Selenomonas）和丁酸弧菌属（Butyrivibrio）的细菌。这一菌群由于分泌胞外酶，将各种复杂有机物水解成较简单的有机物，并进行发酵，最后生成有机酸，包括脂肪酸及醇类，同时也形成少量氢气和二氧化碳。因而又称为水解性或发酵性细菌群。第二类菌群称为产氢产乙酸细菌群（专性质子还原菌），能将第一类菌群水解和发酵的产物即各种有机酸和醇类分解成乙酸、氢气和二氧化碳。第三类菌群称为同型产乙酸细菌群如醋酸杆菌属（Acetobacte-rium）和醋酸梭菌（Clostridium aceticum）等，能将糖类发酵成乙酸或将氢和二氧化碳合成为乙酸。第四类菌群即甲烷产生菌，主要有甲烷杆菌属（Methano-bacterium）、甲烷球菌属（Methanococcus）、甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）等。大多数甲烷产生菌能氧化氢还原二氧化碳形成甲烷；一部分甲烷产生菌能将乙酸降解为甲烷和二氧化碳。因此，经4类菌群的共同作用，复杂有机物厌气分解最后形成甲烷和二氧化碳。据试验证实，甲烷中约75%来自乙酸的降解，其余来自氢和二氧化碳。

在沼气发酵四大菌群中，前一菌群的分解产物为后一菌群提供生长所需的营养物质，后一菌群利用前一菌群的代谢产物，促进了前一菌群加速物质的分解和生长繁殖。当各细菌群相互配合协调时，各种有机物迅速降解，产生大量沼气。其中分子氢的转移对有机物的彻底分解起重要作用。一种厌气细菌还原质子（H^＋）形成分子氢，称为产氢菌；另一种厌气细菌利用分子氢，称为氢营养菌。两者通过氧化还原反应发生分子氢的转移，使有机物连续降解。例如在第二菌群中，有一类降解丁酸等四碳以上脂肪酸的产氢产乙酸细菌，在降解中产生乙酸和氢气，而分子氢抑制了丁酸等的继续降解。当氢分压（PH₂）在10^-4以上时丁酸不能进一步降解。而丙酸的降解要求氢分压（PH₂）在10^-5以下才能进行。由于甲烷产生菌利用氢形成甲烷、降低氢的浓度，使得丁酸、丙酸进一步降解。这种分子氢的调节作用，即细菌种间分子氢的转移，不仅发生在产氢产乙酸细菌和利用氢及二氧化碳的甲烷产生菌之间，也发生在水解性细菌群和甲烷产生菌或利用氢的其他氢营养细菌之间。