沼气利用的途径在污水处理厂内主要是作为燃料通过沼气发动机、沼气锅炉和沼气炉灶等设备加以利用。因消化池产沼气是波动变化的，还需要对沼气脱硫处理送至贮气柜贮存，保证供沼气的平衡性。为避免沼气产量大时，沼气柜贮存不能满足要求，还需设置沼气火炬(又称废气燃烧器)将剩余沼气烧掉。
沼气发动机根据利用沼气的具体形式不同，主要分为两种类型，一种是驱动发电机发电，向厂内供电或送入市电网，供电器用电;另一种是直接驱动鼓风机，节省电能。而沼气发动机本身的热量可向污泥厌氧中温消化供余热。这两种利用沼气的形式各有优势，前一种发电机的优点较后一种直接驱动鼓风机而言运行更灵活，可随时发电供厂内电器使用。
除此之外，两种沼气发动机的机械效率不同。沼气发动机的机械效率一般在20%〜30%之间，当采用沼气发电形式时，沼气中的能量只有15%〜23%转化成了有效的机械能。当采用发动机直接驱动鼓风机时，其有效机械能为沼气能量的20%〜30%，相对沼气发电机效率要高一些。
对于沼气发动机来说，沼气中的能量除20%〜30%转化成了机械能外，还有约30%以热量的形式转化到冷却水中，30%以热量的形式随烟气带走，还剩10%为机体本身热损耗和震动损耗，也就是说沼气能量中约60%转化成了热量。而在实际生产中，通过有效的热交换，30%的沼气能量以90%的转化率转换到冷却水中。另外30%的沼气能量以65%的转化率被回收用于加热污泥，两项共计利用率达47%〜56%，即沼气中能量的47%〜56%被回收用于污泥加热。综合沼气发动机所耗能量，沼气能量的实际总利用率为67%〜86%。
沼气锅炉的利用形式有热水锅炉和蒸汽锅炉两种，主要用途是为消化池污泥加热。沼气锅炉的热效率高，一般在90%以上，即能把沼气中能量的90%转化为热水或蒸汽中的热能对污泥进行加热。
