El objetivo de este estudio fue evaluar diferentes mecanismos de transformación bioquímica de dos mezclas de residuos agroindustriales (Lodos residuales, pollinaza y RAC) para la generación de bioenergéticos. La caracterización de las mezclas de residuos agroindustriales (A y B) muestran que son ricas en compuestos como carbohidratos, lípidos y especialmente proteínas. Al someter las mezclas al pre-tratamiento térmico, se obtuvieron porcentajes de tasa de hidrólisis entre 0.85%-6.56%, incrementándose el porcentaje de tasa de hidrólisis conforme se incrementó la temperatura y tiempo de exposición. Al aplicar al pre-tratamiento ácido se obtuvieron tasas de hidrólisis entre 3.7%-15.3% y porcentajes de tasa de hidrólisis entre 0.7%- 23.8%, al aplicar el pre-tratamiento enzimático. Los pre-tratamientos evaluados aportaron de manera significativa al proceso de digestión anaerobia disminuyendo el TRH, y aumentando la producción de biogás. La mezcla B pre-tratada con un pre-tratamiento térmico a 90°C y 90 min fue la mezcla seleccionada para llevar a operación planta piloto, ya que fue la que mejor rendimiento de metano obtuvo con respecto a los demás pre-tratamiento y con respecto a la mezcla A. Esta investigación contribuye a mejorar la viabilidad de la digestión anaerobia mediante la estrategia utilizada (pre-tratamiento térmico) aumentando la capacidad del proceso, la eficacia del tratamiento, la conversión de biogás, y reduce la cantidad de desechos y consumo de energía. De igual manera, se definió teóricamente los posibles mecanismos que llevan a la transformación bioquímica de compuestos no biodegradables a compuestos solubles biodegradables.