Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Mục đích của quá trình này là:  Chuyển hóa các chất hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được.  Hấp thụ và kết tụ cặn lơ lửng và chất keo không lắng thành bông sinh học hay màng sinh học.  Chuyển hóa/ khử chất dinh dưỡng như nitơ, photpho.  Trong một số trường hợp khử những hợp chất và những thành phần hữu cơ dạng vết. Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải Khử các chất hòa tan, BOD carbon và ổn định hợp chất hữu cơ trong nước thải Sử dụng nhiều loại vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn. Những vi sinh vật được sử dụng để oxy hóa các chất hòa tan và những hợp chất hữu cơ chứa cacbon thành những sản phẩm đơn giản và tăng sinh khối. Phương trình mô tả quá trình oxy hóa sinh học của những hợp chất hữu cơ: Vi ( hợp chất hữu cơ) v2O2 + v3¬NH¬3 + v4PO43- → v¬5 ( tế bào mới) + v6CO2 +v7H2O Trong đó vi là hệ số đẳng lượng.