水解是復雜的非溶性的聚合物轉化成簡單的溶解性的單體或二聚體的過程。高分子有機物分子量巨大，無法透過細胞膜，它們需要在細胞外酶的水解作用下轉變為小分子之后，才能被細菌直接利用。例如纖維素在纖維素酶的水解作用下生成纖維二糖和葡萄糖，蛋白質在蛋白酶的作用下生成短肽和氨基酸，淀粉在淀粉酶的作用下生成麥芽糖和葡萄糖等。這些有機物小分子的水解產物能夠溶解于水，并能夠在透過細胞膜之后被細菌直接利用。當有機污染物 進入 水體環境時，首先發生的重要反應就是水解，其反應過程往往較緩慢，因此這個階段被認為是含高分子有機物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。

  水解反應發生后，有機物本身的許多性質都會改變，如極性、溶解度等。而水解速度的快慢、水解程度的大小會受很多因素的影響，如水解溫度、pH值、有機質成分(如木素、蛋白質與脂肪的質量分數、碳水化合物等 )、有機質顆粒的大小、氨的濃度、停留時間及水解產物的濃度等。此外，厭氧微生物還可利用胞外酶進行催化水解反應，而決定水解反應能否進行的關鍵就在于胞外酶能否與反應的底物直接接觸。而對于來自植物中的物料，纖維素和半纖維素被木素包裹的程度決定著生物降解性的大小。原因在于，纖維素和半纖維素是在生物降解性能的，而木素卻沒有此性能，當纖維素和半纖維素被木素包裹時，酶與纖維素和半纖維素無法接觸，也就不能充分發揮它們的降解性能，致使降解緩慢。

  通常水解反應過程可用以下反應式表示：

      R-X+H2O->R-OH+X-+H+

  上式中R為有機物分子的主體碳鏈，而X則表示分子中的極性基團。水解反應用動力學方程表示:

      dC/dt=kC

  式中，C為可降解的非溶解性底物濃度，g/L;k為水解常數，d-1。

  此式也是水解速度的表示方程。而水解常數與影響水解速度的因素的關系復雜，還有許多未曾知道的東西存在，因而無法將它們的關系直接表示，只能知道某種有機物在特定條件下的反應速率。Rourke的研究表明在低溫下脂肪是極難水解的，他還證明蛋白質的實際水解常數非常低。

  另外，對于間歇反應器和連續攪拌槽反應器，水解過程有所不同，將上式積分可得:間歇反應器:

      C=Coe-kCi

  式中，Co為非溶解性底物的初始濃度，g/L。連續攪拌槽反應器:

      C=Co/(1-kT)

  人們通過連續攪拌槽反應器對活性污泥的厭氧消化進行了研究，他們得出蛋白質的水解過程在污泥消化過程中為限速階段。微生物是活性污泥的主要構成部分，在污泥消化過程中，活性污泥中的細胞的死亡和自溶比水解過程更快，并在污泥消化中起到重要作用。由此看來，將能使細胞壁水解的酶類加入反應器內不但能促進消化過程，還可以增加產氣量，這應當是符合邏輯的結果。