در این روش با استفاده از رشد و تکثیر میکروارگانیسم­های بی­هوازی تصفیه فاضلاب انجام می­شود.

مزیت این روش نسبت به روش­های هوازی عبارتند از

1. عدم نیاز به سیستم­های برقی و مکانیکی برای هوادهی
2. صرفه جویی در انرژی
3. تولید لجن مازاد کم­تر
4. قابلیت تراکم لجن
5. نیاز به فضای کم­تر

بعضی از فرایند­های بی­هوازی عبارتند از :

UABR: Up flow Anaerobic Baffle Reactor
UASB: Up flow Anaerobic Sludge Blanket
ASBR: Anaerobic Sequencing Batch Reactor

ASBBR: Anaerobic Sequencing Batch Biofilm Reactor Septic Tan

معایب

1. از این روش عمدتا به عنوان پیش­تصفیه استفاده می­کنند زیرا قادر به حذف تمامی ذرات نیست.
2. این روش برای تصفیه فاضلاب با ذرات معلق خیلی زیاد مناسب نیست.