Ο σχεδιασμός του βιοαερίου διαφέρει ανάλογα με τα διαθέσιμα υλικά και την κλίμακα παραγωγής. Το βιοαέριο είναι ένας τύπος βιοκαυσίμου που σχηματίζεται από την αναερόβια, ή χωρίς οξυγόνο, αποσύνθεση οργανικών υλικών από βακτήρια. Τα οργανικά υλικά περιλαμβάνουν συνήθως ζωικά και φυτικά απόβλητα και ενεργειακές καλλιέργειες ή καλλιέργειες που καλλιεργούνται με ρητό σκοπό την παραγωγή καυσίμων. Το αέριο που σχηματίζεται από αυτή τη διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σκοπούς θέρμανσης ή, στη συμπυκνωμένη του μορφή, για πρόωση οχημάτων. Ενώ ο σχεδιασμός του βιοαερίου διαφέρει στα στοιχεία, οι περισσότερες μονάδες βιοαερίου έχουν παρόμοια βασικά εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένου ενός χωνευτήρα και μιας βάσης αερίου.
Ο χωνευτήρας είναι ένα αεροστεγές δοχείο στο οποίο τα απόβλητα απορρίπτονται και αποσυντίθενται, και η υποδοχή αερίου είναι μια δεξαμενή που αξιοποιεί τα αέρια που εκπέμπονται από τον πολτό. Τα βακτήρια μέσα στη δεξαμενή του χωνευτηρίου διασπούν τα απόβλητα και, καθώς αποσυντίθενται, απελευθερώνονται αέρια όπως μονοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, υδρογόνο και άζωτο. Για να διευκολυνθεί η γρήγορη αποσύνθεση με τη βέλτιστη παραγωγή αερίου, η δεξαμενή διατηρείται μεταξύ των θερμοκρασιών 29°C και 41°C (84.2°F-105.8°F). Είναι καλύτερο να διατηρείτε τον πολτό στη δεξαμενή σε ένα ελαφρώς βασικό pH για να εξασφαλίσετε ταχύτερη αποσύνθεση. Σε μια προσπάθεια εξουδετέρωσης του πολτού, το υλικό θα τείνει να εκπέμπει περισσότερο όξινο διοξείδιο του άνθρακα, ένα επιθυμητό προϊόν αποσύνθεσης.
Μέσω ενός συστήματος υπό πίεση, τα αέρια που απελευθερώνονται στον χωνευτήρα οδηγούνται σε μια οπή στο τύμπανο της θήκης αερίου. Η σχεδίαση βιοαερίου της θήκης αερίου είναι εξειδικευμένη ώστε να επιτρέπει στο αέριο να ρέει ελεύθερα μέσα στη θήκη, αποτρέποντας ταυτόχρονα τη διαφυγή τυχόν δεσμευμένου αερίου πίσω στον χωνευτήρα ή στο εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό είναι σημαντικό, τόσο για την απόδοση όσο και για την ασφάλεια, επειδή πολλά από αυτά τα αέρια είναι εύφλεκτα και μπορεί να προκαλέσουν εκρήξεις όταν αναμειγνύονται με οξυγόνο ή άλλα αέρια. Ο πολτός μέσα στη δεξαμενή πρέπει επίσης να αναδεύεται περιστασιακά για να αποτραπεί ο σχηματισμός σκληρής κρούστας πάνω από τα απόβλητα. Μια κρούστα μπορεί να παγιδεύσει τα αέρια μέσα στον πολτό και να εμποδίσει την ικανότητα του μηχανήματος να αξιοποιεί τα αέρια.
Ο σχεδιασμός του βιοαερίου μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την ποσότητα αερίου που απαιτείται, την ποσότητα των απορριμμάτων που υπάρχουν και εάν ο χωνευτήρας είναι κατασκευασμένος για τροφοδοσία κατά παρτίδες ή για συνεχή τροφοδοσία. Τα συστήματα τροφοδοσίας κατά παρτίδες χρησιμοποιούν κυρίως στερεά απόβλητα που προστίθενται στη δεξαμενή σε δόσεις και τα μοντέλα συνεχούς τροφοδοσίας τροφοδοτούν συνεχώς υγρά στον χωνευτήρα. Ένας σχεδιασμός βιοαερίου μπορεί να τοποθετήσει μια εγκατάσταση είτε πάνω είτε κάτω από το έδαφος, αν και υπάρχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και στα δύο μοντέλα. Μια επίγεια μονάδα βιοαερίου είναι ευκολότερη στη συντήρηση και μπορεί να επωφεληθεί από την ηλιακή θέρμανση, αλλά απαιτεί περισσότερη επένδυση στην κατασκευή, επειδή πρέπει να κατασκευαστεί για να χειρίζεται την εσωτερική πίεση του χωνευτήρα. Μια υπόγεια μονάδα βιοαερίου είναι φθηνότερη στην κατασκευή και ευκολότερη τροφοδοσία, αλλά πιο δύσκολο να καθαριστεί και να επισκευαστεί.
Το βιοαέριο συχνά προτιμάται από τις πηγές ενέργειας από ορυκτά καύσιμα, όπως το πετρέλαιο ή ο άνθρακας, τόσο για περιβαλλοντικούς όσο και για οικονομικούς λόγους. Η αυξανόμενη συγκέντρωση άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει γίνει κεντρικό ζήτημα στο πρόβλημα της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Αν και τόσο το βιοαέριο όσο και τα ορυκτά καύσιμα εκπέμπουν άνθρακα, τα ορυκτά καύσιμα απελευθερώνουν άνθρακα που έχει θαφτεί για πολλά χρόνια στην αρχαία βιομάζα και ουσιαστικά απομακρύνεται από τον κύκλο του άνθρακα. Ο άνθρακας που απελευθερώνεται κατά την παραγωγή και χρήση βιοαερίου έχει αποθηκευτεί με τη μορφή οργανικής ύλης μόλις πρόσφατα και εξακολουθεί να αποτελεί μέρος του κύκλου. Επομένως, δεν προκαλεί τόσο μεγάλη αναστάτωση στη συγκέντρωση άνθρακα στην ατμόσφαιρα όταν απελευθερώνεται.
Οι υποστηρικτές της παραγωγής βιοαερίου προτιμούν επίσης το βιοαέριο από τα ορυκτά καύσιμα επειδή είναι μια χαμηλού κόστους, ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που χρησιμοποιεί κατά τα άλλα σπατάλη υλικών. Ο σχεδιασμός του βιοαερίου μπορεί να εξυπηρετήσει τοποθεσίες μικρής κλίμακας, καθιστώντας τον βιώσιμη επιλογή για τις περιοχές των αναπτυσσόμενων χωρών. Οι επικριτές του σχεδιασμού βιοαερίου υποστηρίζουν ότι οι καλλιέργειες τροφίμων που καλλιεργούνται για τους σκοπούς της παραγωγής βιοαερίου θα δημιουργήσουν παγκόσμια έλλειψη τροφίμων. Τα βιοκαύσιμα μπορεί επίσης να προκαλέσουν αποψίλωση των δασών, ρύπανση των υδάτων, διάβρωση του εδάφους και αρνητικό αντίκτυπο στις χώρες που παράγουν πετρέλαιο.