Phân hủy được xem là bắt đầu từ khi chết, gây bởi hai nhân tố: (1) tự phân (autolysis) do các mô trong cơ thể bị tan rã dưới tác động của các hóa chất và enzym nội sinh; (2) thối rữa (putrefaction) do các mô bị vi khuẩn bên ngoài hủy hoại. Trong quá trình phân hủy có giải phóng một số loại khí có mùi hôi thối đặc trưng.

Các tác nhân chính tham gia quá trình phân hủy là vi khuẩn và nấm, bên cạnh đó còn có côn trùng và các sinh vật nhỏ bé khác.

Các giai đoạn phân hủy

Có năm giai đoạn phân hủy, gồm: tươi, trương phình, thối rữa mạnh, thối rữa sâu và hóa khô.[1] Các giai đoạn phân hủy này kết hợp với hai giai đoạn phân hủy hóa học đã nêu ở trên - tự phân và thối rữa.[2]

Xác tươi

Giai đoạn Tươi (fresh) bắt đầu ngay khi tim ngừng đập.[3] Máu không còn được tuần hoàn khắp cơ thể nên bây giờ tập trung về một số nơi, dưới tác động của trọng lực mà gây nên hiện tượng xác chết xám xịt lại (hoặc hồ máu tử thi). Trong vòng ba đến sáu giờ sau chết, các mô cơ bắt đầu co cứng và không thể duỗi ra được, đó là hiện tượng co cứng tử thi. Xác chết cũng dần mất nhiệt vào môi trường xung quanh khiến nhiệt độ xác chết giảm xuống, đó là hiện tượng mát lạnh tử thi.[4]

Khi tim ngừng đập, máu không còn tuần hoàn để mang ôxy đến và rút cacbon điôxít khỏi các mô nữa. Hậu quả là độ pH giảm xuống, kết hợp với các thay đổi hóa học, khiến các tế bào mất dần sự toàn vẹn về mặt cấu trúc, kích hoạt sự giải phóng enzym tế bào gây tan rã các tế bào và mô xung quanh. Quá trình này gọi là tự phân.

Trong giai đoạn Tươi, không có nhiều dấu hiệu phân hủy có thể quan sát được bằng mắt thường. Riêng tiến trình tự phân có thể gây ra một số chỗ phồng rộp trên bề mặt da.[5]

Lượng ôxy ít ỏi sót lại trong cơ thể nhanh chóng cạn kiệt do trao đổi chất tế bào và hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí có trong cơ quan hô hấp và dạ dày-ruột, tạo ra môi trường thuận lợi cho vi sinh vật kỵ khí sinh sôi nảy nở. Chúng tiêu thụ cacbonhydrat, chất béo, protein của cơ thể và tạo ra hàng loạt hợp chất như axit propionic, axit lactic, khí mêtan, hydrô sunfit và amôniac. Quá trình sinh sôi của vi sinh vật trong cơ thể được gọi là quá trình thối rữa, kéo theo sự bắt đầu của giai đoạn thứ hai trong quá trình phân hủy, đó là trương phình.[3]

Trương phình

Giai đoạn Trương phình (bloat) có thể quan sát được bằng mắt thường. Trong giai đoạn này, hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật kỵ khí liên tục diễn ra dẫn đến tích tụ các khí như hydrô sunfit, cacbon điôxít và mêtan trong xác chết, gây phình bụng và tạo ra hình dáng trương phình của xác chết.[6] Các khí này cũng khiến những chất dịch tự nhiên trong cơ thể sủi bọt lên.[4] Áp suất tăng khiến các chất dịch tràn khỏi các lỗ tự nhiên trên cơ thể - mũi, miệng, hậu môn. Sự tăng áp suất do khí sinh ra trong cơ thể cộng với việc lớp da mất tính toàn vẹn có thể khiến xác chết rách ra.[6]

Các vi sinh vật kỵ khí trong ruột chuyển hóa hemoglobin thành sulfhemoglobin và các sắc tố khác. Khí tích tụ trong xác chết lúc này đẩy các sulfhemoglobin đi khắp cơ thể thông qua hệ thống tuần hoàn và hệ bạch huyết, làm bề ngoài xác chết trông như nổi vân.[7]

Nếu côn trùng tiếp cận xác chết thì trứng của chúng có thể nở thành giòi trên xác và bắt đầu ăn các mô của xác,[1] làm cho da của xác chết trượt bong ra còn lông thì tách khỏi da.[4] Giòi và khí tích tụ làm rác toàn bộ da của xác chết khiến khí và chất dịch trong xác càng thoát nhiều ra môi trường xung quanh.[3] Ôxy cũng thông qua các vết rách mà xâm nhập trở lại cơ thể, càng tạo môi trường thuận lợi cho ấu trùng ruồi nhặng và vi sinh vật hiếu khí phát triển.[6] Mùi hôi thối từ đám khí và chất dịch lan tỏa ra xung quanh.[1]

Thối rữa mạnh

Thối rữa mạnh hay (tự) thối rữa (active decay) là giai đoạn mà khối lượng xác chết mất đi lớn nhất. Sự mất mát khối lượng xác chết là do hoạt động của giòi và các chất dịch phân hủy tràn ra môi trường xung quanh.[6] Các mô tiếp tục hóa lỏng và mùi hôi thối tiếp tục bốc ra.[1] Các chất lỏng tập trung xung quanh xác chết và tạo thành một khu vực gọi là "đảo phân hủy xác chết" (cadaver decomposition island - CDI).[3] Kết thúc giai đoạn này, giòi cũng rời xác chết để biến thái thành nhộng.[3]

Thối rữa sâu

Thối rữa sâu (advanced decay) là giai đoạn mà quá trình phân hủy gần như bị ngưng trệ do các vật chất phân hủy đã mất đi nhiều.[6] Trong giai đoạn này hoạt động của côn trùng cũng giảm bớt.[4] Quan sát bằng mắt sẽ thấy cây cỏ trong khu vực bao quanh xác chết cũng chết đi.[6] Tại khu "đảo phân hủy xác chết" (CDI), diễn ra sự gia tăng hàm lượng cacbon và chất dinh dưỡng trong đất như phốt pho, kali, canxi và magiê;[3] độ pH của đất cũng thay đổi, đồng thời lượng nitơ trong đất tăng mạnh.[8]

Hóa khô

Hóa khô (dry) là giai đoạn mà cây cỏ có thể bắt đầu hồi sinh trong khu CDI và là dấu hiệu cho thấy rằng mức độ chất dinh dưỡng trong khu đất bao quanh xác chết vẫn chưa phục hội lại mức bình thường.[6] Khi này xác chết chỉ còn lại da khô, sụn và xương[1] từ từ hóa và mất màu nếu tiếp xúc với các yếu tố khác.[4] Nếu tất cả các mô mềm đã biến mất khỏi xác chết thì người ta gọi là xác đã xương hóa (skeletonization) hoàn toàn; nếu vẫn còn mô mềm trên xác chết thì gọi là xác đã hóa xương một phần.[9]