在有氧气的情况下，堆肥物料中的一些可以利用的物质被其中的微生物分解后用于新陈代谢和繁殖，其中一部分有机物和长纤维分子等在分解中的过程中会散发出大量的热量。有了这些热量，微生物可以更好的繁殖，又会产生出更多的热量。当把这些原料堆积到一定的空间中，则其中的热量不易散失，堆积的温度会升高，温度上升后其中的微生物活动则会更加强烈，从而可以迅速分解畜禽粪便成为肥料。而当温度上升到一定程度并保持一段足够的时间后，就可以杀灭原料中的有害病原体，达到消毒的目的。但是如果对堆体不管不问，则时间长了以后，堆体中央就会缺失氧气，使得发酵成为缺氧状态，变成厌氧发酵。厌氧发酵不如好氧发酵分解有机物彻底，会导致堆体的臭气增加，而且厌氧发酵所产生的温度也低于好氧发酵，所以要定期地翻抛堆体，促使堆体的各个部位能够发酵完全，同时，翻抛还给堆体中央提供了氧气。这就是现代堆肥与过去农家堆肥的区别，在质量上远高于农家肥的原因。

好氧堆肥是在有氧的条件下，好氧细菌对废弃物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需要的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多的生物体。在有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因堆肥工艺中该热能不会全部散发到环境中，就必然造成堆肥物料的温度升高，这样就会使一些不耐高温的微生物死亡，而耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学表明，好氧分解中发挥主要作用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量。因此好氧堆肥过程应伴随着两次升温，将其分成三个阶段：起温阶段、高温阶段和熟化阶段。起始阶段：不耐高温的细菌分解有机物中易降解的碳水化合物、脂肪等，同时释放出热量使温度上升，温度可达15-40℃。高温阶段：耐高温细菌迅速繁殖，在有氧条件下，大部分较难降解的蛋白质、纤维等继续被氧化分解，同时放出大量热量，使温度上升至60-70℃。当有机物基本降解结束时，嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止。堆肥温度逐渐下降，当温度稳定在40℃时，堆肥基本达到稳定，形成腐殖质。熟化阶段：冷却后的堆肥，一些新的微生物借助残余有机物（包括死后的细菌残体）而生长，将堆肥过程最终完成。