本发明公开了一种多级厌氧反应装置，包括依次设置的首尾相连的第一级反应罐、第二级反应罐和第三级反应罐，所述第一级反应罐为搅拌罐，所述第二级反应罐为搅拌罐和/或填料罐，所述第三级反应罐为填料罐。所述第二级反应罐的搅拌罐和/或填料罐为两个以上首尾串联连接。所述搅拌罐上方设有隔板，所述隔板下方设有搅拌泵。所述填料罐为管内设上隔板，所述隔板上设有填料。采用本发明的装置，能有效提高甲烷的产气效率。