沼气是由厌氧微生物的代谢产生的，沼气发酵是自然界中物质循环的一个极其重要的组成部分。在含腐烂有机物较多的池塘、粪坑以及阴沟里，经常可以看到有气泡从池底冒出，如果用火点燃，便产生蓝色的火焰。由于这种气体常见于池沼中，所以称它为“沼气”，英文为“marsh gas”或“biogas（生物气）”。
一些高等动植物体内部已发现了产甲烷菌，其中反刍动物的瘤胃就是一个典型的沼气发生器。在牛的瘤胃中有大量的沼气发酵细菌，并形成甲烷和二氧化碳。一头大乳牛的瘤胃中有100L纤维发酵物，每天可产200多升甲烷，这些气体在打嗝时放出。
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成分
沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。
沼气和天然气的主要成分都是甲烷和二氧化碳，天然气中的甲烷含量一般高于90％，而沼气中的甲烷含量一般不超过70％。
沼气的主要成分是甲烷（CH4），其次还含有二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）、氮（N2）、氢气（H2）、一氧化碳（CO）等。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷（CH4）、氢气（H2）、硫化氢（H2S）等气体；不可燃成分包括二氧化碳（CO2）、氮（N2）和氨气（NH4）等气体。在沼气成分中甲烷含量一般为55%～65%、二氧化碳一般含量为34%～44%、硫化氢平均含量为0.03%。沼气的燃烧特性，包括热值、燃烧温度、燃烧速度、爆炸极限等由其成分组成所决定。
沼气与空气的密度之比为0.85:1，略比空气轻。沼气的容重为1.22kg/m3。沼气的燃烧范围为占空气体积的8.8％～24.44％。
燃烧
由于沼气中有可燃成分包括甲烷（CH4）、氢气（H2）、硫化氢（H2S）等。当沼气和空气按一定比例混合后，一遇明火马上燃烧，释放出光和热。沼气燃烧时的化学反应式如下：
完全燃烧：CH4+2O2=点燃=CO2+2H2O
不完全燃烧：2CH4+3O2=点燃=2CO+4H2O
相当不完全的燃烧：CH4+O2=点燃=C+2H2O
热值
1千克（立方米）某种固体（气体）燃料完全燃烧放出的热量称为该燃料的热值（发热量），符号是kJ/kg（kJ/m3）。
热值分为高位发热量和低位发热量。高位发热量，即燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气凝结为水时的反应热。低位发热量即燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时的反应热，它等于从高位发热量中扣除蒸气凝结热后的热量。
沼气作为一种混合可燃气体，工程应用中具有实际意义的是低热值，烟气中的水蒸气通常以气态随烟气排走。由于成分不同，沼气的低热值在20000～22000kJ/m3之间。
技术
沼气技术能够实现对有机废弃物和有机废水的能源回收与资源化利用，特别是对于高含水的有机物来说，其对污染的治理具有不可替代性。沼气发酵系统能和农业生产紧密结合，减缓化肥农药带来的种种不利因素，有效刺激农村经济的发展。关于这一点中国农村的许多地区的实践已证明，沼气系统在促进农村经济发展上是卓有成效的。用沼气技术这一环保治理的手段可以拉动企业的可持续发展，同时将污染治理转化为资源开发的优势，使环保工程作为产业建立的基础和纽带，进而实现环境（或生态）效益的经济收益（CDM）。这一方式还将企业的发展与周边（或区域）农村的经济繁荣和农业的可持续发展有机结合，促进新农村的建设。通过沼气技术与工程建设，促进农业高产稳产农田的建设，形成以种植业为基础，养殖业为主导，沼气建设为纽带，综合利用为重点，加工业为特色的农村生态效益型经济的发展格局，使企业沼气工程成为带动周围（或区域）农村小康社会建设的一项基础工程、惠民工程。并形成集规模化养殖、有机废物（或废水）资源化利用、沼气发电、提供绿色肥料、农田灌溉用水为一体的现代大型沼气综合利用工程。通过市场的开发和带动，把农村可再生能源建设寓于农民增收之中，使农村能源技术与农民的经济活动密切结合；把成熟的技术优化组合，提供给农民使用，服务于“三农”，从而实现最佳综合效益，加快农村全面实现小康社会的步伐，转移农村剩余劳动力，缓解城市就业压力；同时，带动相关产业的发展，促进区域经济实现跨越式发展。
发酵
沼气的产生是有机质在隔绝空气和保持一定水分、温度、酸碱度等条件下，经过多种微生物的分解代谢而产生的。因此，沼气发酵过程是一个微生物的过程，参与有机质分解的这些微生物统称为沼气发酵微生物或厌氧消化微生物，这一分解代谢过程叫做沼气发酵（biogas fermentation），又叫厌氧消化（anaerobic digestion）或甲烷发酵（methane fermentation）。
沼气发酵具有如下一些特点：
①沼气发酵微生物自身耗能少，在相同条件下，厌氧代谢所需的能量仅为好氧代谢的1/30～1/20；换句话说，在沼气发酵中，每去除1gCOD大约可获得自由能100～300cal（1cal=4.18J），而在好氧情况下则可获得自由能3000cal以上。
②沼气发酵能够处理高浓度有机废水，其COD可高达10000mg/L以上，而好氧条件下一般只能处理1000mg/L以下。
③沼气发酵微生物对营养要求较低，能处理的有机废弃物多种多样。
④沼气发酵受温度的影响较大。
⑤发酵产物沼气容易从发酵液中分离出来。
沼气发酵技术与普通堆肥发酵方法相比，除能回收甲烷能源外，还具有相当高的保氮作用。
利用
沼气及其发酵残留物综合利用沼气综合利用的范围越来越广，充分体现了沼气系统的功能和作用，具体表现形式如下。
①沼气发酵残留物作优质有机肥、土壤改良剂。
②沼气发酵残留物作饲料养猪、养鱼、养鳝、养蚯蚓。
③沼气发酵残留物作食用菌栽培料和制作营养土。
④沼气发酵液作浸种液、无土栽培液和防治农作物病虫害。
⑤沼气用作生活燃料和发电。
⑥沼气贮粮、保鲜蔬菜、水果、孵化雏鸡。
⑦沼气加工农副产品、燃烧沼气增加大棚温度和二氧化碳浓度促进蔬菜增产。
⑧点燃沼气灯增温养蚕，光照育雏、提高蛋鸡产蛋率以及诱蛾养鱼等。
这些具体的利用方式已经和整个“大农业”的发展有机地联系在一起，并且促进了沼气发酵系统与生态农业系统的联系和发展。沼气发酵残留物的综合利用开发不过十多年的时间，正方兴未艾，现有成果的普及，利用的深度、广度都还很不够，可开发利用的潜力还很大。