水解酸化是在厌氧生物反应的四个阶段（水解，酸化，产乙酸，甲烷化），将反应控制在水解和酸化两个阶段的反应过程，可以将悬浮性有机物和大分子物质（碳水化合物、脂肪和脂类等）通过微生物胞外酶水解成小分子，小分子有机物在酸化菌作用下转化成挥发性脂肪酸的过程。在这一过程中同时可以将悬浮性固体水解为溶解性有机物、将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质。
首先，水解反应器中大量微生物将进水中颗粒状颗粒物质和胶体物质迅速截留和吸附， 这是一个物理过程的快速反应。一般只要几秒钟到几十秒即可完成。因此，反应是迅速的。截留下来的物质吸附在水解酸化污泥的表面，慢慢地被分解代谢，其在系统内的污泥停留时间要大于水力停留时间。在大量水解酸化细菌的作用下，大分子、难于生物降解物质转化为易于生物降解的小分子物质后，重新释放到液体中。在较高的水力负荷下随水流出系统。由于水解和产酸菌世代期较短，往往以分钟和小时计，因此，这一降解过程也是迅速的。在这一过程中溶解性 BOD、COD 的去除率虽然从表面上讲只有 10%左右，但是由于颗粒状有机物发生水解增加了系统中溶解性有机物的浓度，因此，溶解性BOD、COD 去除率远大于10%。但是由于酸化过程的控制不能严格划分，在污泥中可能仍有少量甲烷菌的存在，可能产生少量的甲烷，但甲烷在水中的溶解度也相当可观，故以气体形成释放的甲烷量很少。可以看出， 水解反应器集沉淀、吸附、网捕和生物絮凝等物理化学过程，与水解、酸化和甲烷化过程等生物降解功能于一体。