沼氣發酵原料十分廣泛而豐富，目前，“未利用資源”中，可用於沼氣發酵的種類甚多，僅西歐各國就有農業廢棄物37種，包括圈養和放養的牲畜糞便以及農作物廢物；工業廢水有21種，多為農作物加工和食品工業廢水；還有糖廠的廢渣、屠宰場的廢水等。
充分利用這些“未利用資源”，開發沼氣能源，這對解決農村能源和處理城市垃圾，都是一條變廢為寶的現實途徑，而且潛力甚大，據歐共體國家宣布，可供生產沼氣的人畜糞便每年約有1410萬噸，農作物秸稈等約850萬噸，市政汙物890萬噸，這些總數達3150萬噸的廢棄物可產出相當歐共體1985年總能耗的3％左右的沼氣。如將海藻水生植物等也用來生產沼氣，總潛力還可增加三倍。
我國沼氣生產潛力也很大，據測算，我國全部農作物廢棄物和人畜糞便等，如全部入池發酵，每年就可製取沼氣1000多億立方米。除可全部滿足農村生活燃料需用外，還可供數百萬個5～8千瓦的沼氣動力站每天工作6小時。從80年代初以來，全國平均每年新建沼氣池近60萬個，產氣水平也逐步上升，沼氣的利用已從生活領域走向生產領域，並開始從農村走向城鎮。
沼氣是怎樣產生的呢？從根本上說，是一種“發酵”的結果，也就是說，在極嚴格的厭氧條件下，即在沒有氧氣的情況下，複雜的有機物經多種微生物的分解與轉化作用，特別是“產甲烷菌”的參與，使複雜有機物中的碳素化合物徹底氧化分解成二氧化碳，一部分碳素化合物徹底還原成甲烷的過程。在這種複雜的發酵過程中，二氧化碳是碳素氧化的最終產物，甲烷則是碳素還原的最終產物。
被分解的有機碳化物中的能量大部分轉化儲存在甲烷中；一小部分有機碳化物被氧化成二氧化碳，所釋放出的能量則用以滿足微生物生命活動的需要。
沼氣池中生存著許多微生物，這些微生物由於在發酵過程中的作用不同，產生的產品不同，各自發揮功能，根據它們的作用不同，分為纖維素分解菌、脂肪分解菌、果膠分解菌。按它們的代謝產物不同，分為產酸細菌、產氫細菌、產甲烷細菌。實際上，在發酵過程中，它們的確是在相互協調、分工合作中完成沼氣發酵的。因此，“沼氣發酵”是集纖維素發酵、果膠發酵、氫發酵、甲烷發酵等多種單一發酵於一“罐”的混合發酵過程。
沼氣發酵過程好比作戰，可分為“三大戰役”：
第一戰役水解液化，這是發酵的第一階段。參加這一戰役時前麵談到的四大“菌種”全部出動，其任務是將複雜的有機物分解成為較小分子的化合物。它們各自使用自己的獨特“攻擊武器”
——“胞外酶”，專攻擊自己的獵物，使之能轉化為可溶於水的物質。比如，纖維分解菌，它能專門分泌一種纖維素酶，用它就可使纖維素“土崩瓦解”而溶於水，變為雙糖或單糖。蛋白質分解菌則可將蛋白質分解為氨基酸。脂肪分解菌則可將脂肪分解為甘油和脂肪酸。
對於用纖維素作主要發酵原料的沼氣發酵，纖維分解菌就是這個戰役中的主力軍，它們的戰鬥力強弱，直接關係著沼氣產量的多少。