好氧發酵的微生物學過程可大致分為三個階段，每個階段都有其獨特的的微生物類群：

1、產熱階段(中溫階段，升溫階段)

發酵初期(通常在1-3天)，肥堆中嗜溫性微生物利用可溶性和易降解性有機物作為營養和能量來源，迅速增殖，并釋放出熱能，使肥堆溫度不斷上升。

此階段溫度在室溫至45℃范圍內，微生物以中溫、需氧型為主，通常是一些無芽胞細菌。微生物類型較多，主要是細菌、真菌和放線菌。其中細菌主要利用水溶性單糖等，放線菌和真菌對于分解纖維素和半纖維素物質具有特殊的功能。

2、高溫階段

當肥堆溫度上升到45℃以上時，即進入高溫階段。通常從堆積發酵開始，只須2-3天時間肥堆溫度便能迅速地升高到55℃，1周內堆溫可達到最高值(最高溫可達80℃)。嗜溫性微生物受到抑制，嗜熱性微生物逐漸取而代之。

除前一階段殘留的和新形成的可溶性有機物繼續分解轉化外，半纖維素、纖維素、蛋白質等復雜有機物也開始強烈分解。

在50℃左右進行活動的主要是嗜熱性真菌和放線菌;

溫度上升到60℃時，真菌幾乎完全停止活動，僅有嗜熱性放線菌和細菌活動;

溫度上升到70℃以上時，大多數嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進入休眠狀態。此時，產生的熱量減少，堆溫自動下降。

當堆溫降至70℃以下時，處于休眠狀態的嗜熱性微生物又重新活動，繼續分解難分解的有機物，熱量又增加，堆溫就處于一個自然調節的、延續較久的高溫期。

高溫對于發酵的快速腐熟起到重要作用，在此階段中發酵內開始了腐殖質的形成過程，并開始出現能溶解于弱堿的黑色物質。C/N比明顯下降，肥堆高度隨之降低。通過高溫能有效殺滅有機廢棄物中病原物，按我國高溫發酵衛生標準(GB7959-87)，要求發酵最高溫度達50-55℃以上，持續5-7d。

3、腐熟階段

在高溫階段末期，只剩下部分較難分解的有機物和新形成的腐殖質，此時微生物活性下降，發熱量減少，溫度下降。此時嗜溫性微生物再占優勢，對殘留較難分解的有機物作進一步分解，腐殖質不斷增多且趨于穩定化，此時發酵進入腐熟階段。

降溫后，需氧量大量減少，肥堆空隙增大，氧擴散能力增強，此時只需自然通風。在強制通風發酵中常見的后熟處理，即是將通氣堆翻堆一次后，停止通氣，讓其腐熟。還可起到保氮的作用.