超聲波預處理破壞菌膠團強度結構后，大量被挾裹在菌膠團內的有機物被釋放到水中，從而易于為微生物所用。使用112W/mL的低頻處理可以將可溶性COD占總COD的比值(SCOD/TCOD)從36%提高到89%，可溶性N的比值從34%提高到42%。由于厭氧發酵的關鍵步驟是水解，將不溶性的有機顆粒變為溶解性的有機物，水解十分緩慢，造成厭氧處理周期長。超聲波預處理可以相當程度地取代水解過程，而時間大大縮短。
除了對污泥結構的破壞外，超聲波還能改變微生物活性。一定強度的超聲波可以促進酶活，加快微生物生長，提高其對有機物的分解吸收能力。線性超聲波處理45min可以使啤酒酵母細胞生長對數期提前6h，而且細胞數提高近一倍，細胞干重也有較大提高，其可能原因是超聲波產生的微沖擊流改進了細胞內外的傳質作用，從而加快有機質進入細胞和代謝產物排出細胞的進程。超聲波加快膜傳遞的現象也被其他研究所證實。可溶性有機物的增加和細胞活性的增加共同作用，極大地加快了厭氧發酵速率，而且促進效應在超聲波停止后數小時內依然存在。30―120min的超聲波處理使厭氧發酵時間從22d降到8d，而且揮發性有機物的去除率從45.8%提高到50.3%，同時沼氣的產率提高了2.2倍。也就是說短時間的超聲波預處理可以大大縮短發酵時間，提高沼氣產率，從而極大地降低投資和運行費用，并提高處理效率。
然而過高強度的超聲波可以破壞微生物細胞壁，使細胞內的有機物釋放出來，例如0.144W/mL下處理120min后污泥中64%的大腸桿菌被殺死，由于超聲波效應在聲波停止后數小時內依然存在，微生物的滅活給后續的生物處理造成很大困難。