沼气发酵原料主要有农作物的秸秆、落叶、杂草、畜禽粪便、人粪尿、生活有机垃圾、工厂产生的有机废渣、废水和农副产品加工的下脚料等农业有机废弃物，沼气发酵原料可根据发酵原料的来源和形态进行分类。
根据沼气发酵原料的来源，可分为以下几类：
（1）农村发酵原料
主要包括富氮原料和富碳原料两大类。
①富氮原料。通常是指人、畜和家禽粪便，也包括青草等碳氮比低的原料。其含氮量高，碳氮比多在25∶1以下，即在沼气发酵适宜的碳氮比（30∶1）范围内。这类原料中粪便经过了人和动物的胃肠系统的充分消化，一般颗粒细小，含有大量的低分子化合物——人和动物未吸收的中间产物，含水量较高。因此，在进行沼气发酵时不必预处理，就容易厌氧分解，产气速度快，发酵周期较短。
②富碳原料。我国农村的另一大类发酵原料是秸秆和秕壳等农作物的残余物。这类原料富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的木质素和植物蜡质，含碳量高，其碳氮比多在40∶1以上，比沼气发酵适宜的碳氮比高，称富碳原料。这些物质的厌氧分解，比富氮的粪便原料慢得多，发酵周期较长。秸秆类富碳原料一般干物质含量比富氮原料高，且密度小，进沼气池后容易飘浮形成死区——浮壳层。为了提高原料的产气速率和利用率，这类原料在发酵前一般需要预处理。
（2）城镇有机废物废水
主要包括人粪尿、生活污水、有机垃圾、有机工业废水、废渣和污泥等。
（3）水生植物
主要包括水葫芦、水花生、水浮莲和其他水草和藻类等。这些水生植物利用太阳能的能力很强，繁殖速度快、产量高。由于组织鲜嫩，容易厌氧分解，作沼气原料，产气快、周期短。但水葫芦、水花生、水浮莲等水生植物体内有气室，直接进沼气池，容易飘浮。因此，用作沼气发酵原料时，宜稍晾干或堆沤2天后入池，效果较好。
根据沼气发酵原料的形态，可分为以下几类：
（1）固体原料
秸秆类、城市有机垃圾等都是固形物，其干物质含量比较高。它们主要可用于干发酵、坑填发酵。我国农村还将秸秆用作水压式沼气池的主要启动原料。它们可弥补粪料的不足，缓慢地分解产气，延续产气高峰期。但是，它们也容易在池内结壳、沉渣，造成出料困难。
（2）浆液态原料
主要指人、畜和家禽粪便，它们一般随清洗水排入粪坑，呈浆液态。鲜粪干物质含量多在20%左右，与水混合后的浆液多在10%上下，它们可与固态原料混合，进行干发酵，同时也作为我国农村水压式沼气池的主要原料。另外，污水污泥也属于这一类。
（3）有机废水
如酒精蒸馏废液、酵母厂废水、抗菌素厂废水、豆制品厂废水、制酱厂废水和纸浆废水等，它们含不同量的蛋白质、脂肪和碳水化合物，是产沼气的好原料，比天然有机物易于分解。有机废水一般可用高效的厌氧消化器处理。