有機物の分解は主に大量に酸素を消費する好気性微生物によって行われる。そのため、堆肥原料中の酸素は大量に消費されるため、堆肥原料に酸素を供給することが重要になる。仮に原料に酸素が供給されないと、嫌気性微生物が増殖する。嫌気性微生物は、好気性微生物の呼吸代謝による有機物分解とは異なり、主に発酵代謝で有機物を分解する。発酵代謝は、分解速度の低下、温度上昇の抑制、酢酸や酪酸などの酸の生成による原料pHの低下、悪臭源の生成などを行うため、嫌気性微生物は堆肥化には不向きである。そこで好気性微生物が増殖しやすいように、ワラなどを混合し通気性の確保や、送風による通気（強すぎると温度が下がってしまうので注意）、切返しなど原料混合による酸素供給と通気性の確保を行う必要がある。また、堆肥原料の水分量（含水率）が多くても、原料の通気性が確保されず酸素が供給しにくい。堆肥原料の粒度が大きい場合も粒の内部まで酸素が到達せず、内部の分解が十分に行われない。
化学的反応.
原料中の有機物は、大きく分けると、炭水化物、脂肪、および蛋白質になる。これらが好気性微生物に分解されると最終的には以下の化学式で表せる。
脂肪やタンパク質は次式のように酸化分解し、二酸化炭素、水、アンモニアを放出しながら徐々に分子量の小さな物質になる。
脂肪とタンパク質の分解で生じたアンモニアが水と反応して水酸化物イオンが生じ、堆肥原料をアルカリ性にする。
アンモニアは好気性微生物の硝化菌によって硝酸塩に酸化される。硝酸塩は植物の養分であり、最も使いやすい窒素源である。
まず亜硝酸菌によってアンモニウムイオンが亜硝酸塩に酸化される。
次に硝酸菌によって、亜硝酸塩は硝酸塩に酸化される。
このような過程を経て土壌中に、窒素が固定される。
ここまでの反応は、好気性状態での反応である。嫌気性になると異なった反応が起こる。例えば糖の場合は次式のようになり、酢酸が生じる。酢酸は、水素イオンを放出し堆肥原料を酸性にしてしまう。
また、脱窒素反応が起こり、養分である硝酸塩も最終的には窒素ガスになってしまう。
堆肥化における発酵.