Wie schon der Name „Bio“ vermuten lässt, entsteht das Biogas in einem biologischen Prozess. Diesen Prozess findet man in der Natur beispielsweise in Mooren, auf dem Grund von Seen, in Güllegruben sowie im Magen von Wiederkäuern. Dort wird unter Sauerstoffausschluss organische Masse vollständig in Biogas und Gärrest umgewandelt.
Der kontrollierte Biogasprozess findet in Fermentern statt. Diese sind große Behälter, in denen Mikroorganismen (Methanbakterien) das organische Substrat abbauen. Dabei entsteht Methangas, das Biogas. Die Behälter werden auch Reaktor, Gärbehälter oder Faulbehälter genannt. Für die Bakterien gibt es bestimmte Temperaturoptima, die eingehalten werden müssen. Werden diese Bereiche unter- oder überschritten, kann es zu Schäden der Bakterienkulturen kommen. Das gebildete Gas besteht zu zwei Dritteln aus Methan und zu einem Drittel aus Kohlendioxid. Weiter enthält es geringe Mengen an Stickstoff, Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Ammoniak und anderen Spurengasen.
Um diesen Prozess zu verstehen, wird er in vier Phasen geteilt:
Verflüssigungsphase (Hydrolyse)
Versäuerungsphase (Acidogenese
Essigsäurebildung (Acetogenese
Methanbildung (Methanogenese)