UASB反應器中的厭氧反應過程與其他厭氧生物處理工藝一樣，包括水解，酸化，產乙酸和產甲烷等。通過不同的微生物參與底物的轉化過程而將底物轉化為最終產物——沼氣、水等無機物。
    在厭氧消化反應過程中參與反應的厭氧微生物主要有以下幾種：①水解—發酵(酸化)細菌，它們將復雜結構的底物水解發酵成各種有機酸，乙醇，糖類，氫和二氧化碳；②乙酸化細菌，它們將第一步水解發酵的產物轉化為氫、乙酸和二氧化碳；③產甲烷菌，它們將簡單的底物如乙酸、甲醇和二氧化碳、氫等轉化為甲烷。 
   UASB由污泥反應區、氣液固三相分離器(包括沉淀區)和氣室三部分組成。在底部反應區內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區，污水中的污泥發生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應區內，使反應區內積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。
與其他類型的厭氧反應器相較有下述優點：
1. 污泥床內生物量多，折合濃度計算可達20~30g/L；
2. 容積負荷率高，在中溫發酵條件下，一般可達10kgCOD/（m³·d）左右，甚至能夠高達15~40kgCOD/(m³·d)，廢水在反應器內的水力停留時間較短，因此所需池容大大縮小。
3. 設備簡單，運行方便，勿需設沉淀池和污泥回流裝置，不需要充填填料，也不需在反應區內設機械攪拌裝置，造價相對較低，便于管理，且不存在堵塞問題。