在UASB厌氧反应器的底部是浓度较高的污泥层，称污泥床，在污泥床上部是浓度较低的悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮污泥层统称为反应区，在反应区上部设气、液、固三相分离器。运行时，污水由污泥床底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触，微生物分解污水中的有机物产生沼气，微小沼气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成较大的气泡。由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。污水经泵提升至该反应器后，污水由池底向上流动，经细菌形成的污泥层时，污泥层对悬浮物、有机物进行截留吸附、生物学絮凝、生物降解作用，使污水在降解COD的同时也得以澄清。
UASB厌氧反应器的基本功能分区组成及其作用：（1）进配水区：该区的主要功能是污水在过水断面布水均匀，避免产生涌流及死水区，并在升流过程中，起混合作用。（2）反应区：该区由生物颗粒污泥床及絮状污泥组成，是截留、吸附、降解有机物的关键部位。（3）三相分离器：它的主要功能是进行固体（反应器中的污泥）、气体（反应过程中产生的沼气）和液体（被处理的污水）等三相加以分离，将沼气引入集气室将固体颗粒导入反应区，将处理后污水引入排水渠。在三种分离功能中，核心的问题是完成固液分离，将上浮的污泥固体截留下来，返回反应区，同时改善水质。（4）排水系统：其作用是把沉淀区处理过的水均匀的收集并排出反应器外，通常由出水槽引出。（5）气室：又称集气罩，主要是收集生物气（沼气）。（6）排气系统装置：水封系统的功能是控制三相分离器的集气罩中气液两相界面的高度，是保证集气罩出气管在反应器运行过程中不被淹没、运行稳定并将沼气及时排出反应室，以及防止浮渣堵塞等问题的关键；气体收集装置能够有效的收集产生的沼气，同时保持正常的气液界面。沼气经水封罐收集后，可直接外排。