堆肥是堆肥原料矿质化和腐殖化的过程，也是一系列微生物活动的复杂过程。在堆肥过程中，堆料内的有机物和无机物发生着复杂的分解和合成变化，各种微生物的组成也发生着相应的变化，从堆肥过程来看主要分为潜伏阶段、中温阶段、高温阶段、腐熟阶段。

（1）潜伏阶段

此阶段指堆肥开始时微生物开始适应新环境的过程，又称为驯化过程。

（2）中温阶段

此阶段为嗜温性细菌、酵母菌和放线菌等嗜温微生物利用堆肥中最易分解的淀粉等可溶性糖类物质进行繁殖，它们在转化和利用化学能的过程中，有一部分变成热能，而堆料有良好的保温作用，致使堆料温度不断上升，当堆料温度升至45℃以上时，进入高温阶段。

（3）高温阶段

堆肥进入高温阶段后，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，取代它们的是一系列嗜热性微生物（真菌、放线菌等）。堆料中剩余的和新形成的可溶性有机物继续分解转化，复杂的和难分解的有机化合物也逐渐开始被分解，开始形成腐殖质，堆肥物料进入到稳定状态。高温阶段，各种病原微生物都会死亡，各种种子也会被破坏失去活性，腐殖质和溶于弱碱的黑色物质开始形成，堆料C/N明显下降，堆料高度也随之降低，按我国高温堆肥卫生标准《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012），要求堆肥最高温度达50～55℃以上，持续5～7d。

（4）腐熟阶段当高温持续一段时间后，易分解的有机物（包括纤维素等）已大部分降解，只剩下小部分较难降解的有机物和新合成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度降低。此时嗜温菌会再次占据优势，对剩余的较难分解的有机物进行进一步的分解，腐殖质的产生量会不断增加且趋于稳定化。当堆料温度下降且稳定在40℃左右时，堆肥基本达到稳定。通常利用堆肥温度变化作为堆肥过程（阶段）的评价指标。完整的堆肥过程由上述四个阶段组成。