聚乳酸的分解過程主要包括兩個階段：
純化學水解：聚乳酸首先經歷化學水解，分解成乳酸單體。
微生物分解：水解後的乳酸單體在微生物的作用下進一步分解，最終產生二氧化碳和水。
在自然環境中，聚乳酸的分解通常開始於水解反應，隨後微生物介入，將其分解成最終的產物。在堆肥條件下，由於高溫和高濕度，水解反應可以更容易完成，從而加快分解速度。即使在不利於水解的環境中，分解過程也是逐步進行的。與傳統石化原料不同，聚乳酸在分解過程中產生的二氧化碳可以再次被植物用於光合作用，不會增加大氣中二氧化碳的含量。
此外，聚乳酸在人體內也能實現完全無害的分解，分解產物主要是二氧化碳和水，且分解過程可以在人體新陳代謝中完成，顯示出良好的生物相容性。