I en biogasanläggning utnyttjas den naturliga rötningsprocessen genom att organiskt material (substrat) efter förbehandling läggs eller pumpas in i en rötkammare, som är en helt lufttät behållare. I rötkammaren bildas rå biogas som huvudsakligen består av metan och koldioxid men även små mängder av kvävgas, ammoniak och vätesulfid. Gasen är oftast mättad med vattenånga. I rötkammaren bildas förutom biogas en näringsrik rötrest som kan användas till gödningsmedel.

Den biogas som utvinns ur avloppsslam, gödsel, lantbruksgrödor och matavfall i en rötkammare kallas ibland för rötgas. Rötgasen har i allmänhet en relativt hög metanhalt (runt 55-65 procent). Man skiljer ibland på rötgas från samrötning av olika substrat och gas från rötning av enbart avloppsslam. Samrötning innebär att flera substrat rötas tillsammans i en process, till exempel källsorterat matavfall eller slakteriavfall tillsammans med gödsel och energigrödor. Samrötning leder oftast till en högre halt av metan i rötgasen jämfört med om enbart ett enskilt substrat rötas.

Många typer av organiska material lämpar sig som substrat för rötning, till exempel slam från avloppsreningsverk, matavfall, gödsel, olika växtmaterial och processvatten från livsmedelsindustrin. I vissa fall är förbehandling nödvändigt för att mottagningssystem, pumpning, omrörning och nedbrytning ska fungera optimalt.

Själva rötningsprocessen kan delas in i tre huvudsteg; hydrolys, fermentation och metanbildning. I det första steget sönderdelas komplexa organiska föreningar av mikroorganismer och enzymer till mindre föreningar som socker och aminosyror. I nästa steg sker en jäsning (fermentation) varvid ett antal mellanprodukter, bland annat alkoholer, fettsyror och vätgas bildas. I den sista fasen sker metanbildningen med hjälp av en unik grupp mikroorganismer. Den gas som bildas, biogas eller rötgas, består främst av metan och koldioxid.

För att kunna utnyttja biogas som fordonsbränsle eller matas in på naturgasnätet måste energiinnehållet först höjas genom att koldioxid avskiljs, så kallad uppgradering. Även vatten och föroreningar som till exempel svavelväte och partiklar behöver avlägsnas. Detta görs i en så kallad uppgraderingsanläggning.

Deponigas

De lägsta halterna av metan finner man i deponigas. Detta beror på att metanbildningen i avfallsupplag inte är kontrollerad och optimerad på samma sätt som i en rötkammare. En del luft läcker också in i deponin när biogasen sugs ut med hjälp av fläktar. Metanbildning i deponier är en långsam process som kan pågå i 30-50 år. Deponering av organiskt material förbjöds 1 januari 2005 varför mängden biogas från deponi minskar för varje år, men existerande avfallsupplag kommer att fortsätta producera metan under överskådlig tid.

Termisk förgasning

Biometan kan även framställas via termisk förgasning och metanisering. I denna process förgasas skogsavfall eller annan biomassa under högt tryck och temperatur. Då erhålls en syntesgas som via metanisering kan omvandlas till biogas.