水解酸化作用是一種重要的生物化學反應，主要用於有機廢水的處理。這個過程中包含了兩個主要的階段：水解和酸化。具體如下：
水解階段。在水解階段，高分子有機物被微生物的胞外酶分解為小分子的有機物。這些高分子有機物由於相對分子量巨大，不能直接透過細胞膜被細菌利用。
酸化階段。酸化階段是這些小分子化合物在發酵細菌（即酸化菌）的細胞內進一步轉化為更簡單的化合物，如揮發性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。在這一階段中，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質。
水解酸化作用的主要目的是改善廢水的可生化性，即提高廢水中的有機物濃度，使其更易於後續的生物處理過程，如好氧生物處理。這不僅包括了將廢水中的非溶解性有機物轉變為溶解性有機物，特別是將難以生物降解的大分子物質轉化為易於生物降解的小分子物質，而且還包括了通過釋放胞外酶或細胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應。
此外，水解酸化過程還涉及污泥床區和清水層區的設定，以實現污泥的快速截留和吸附，進一步提高處理效率。