活性污泥法是使用很广泛的一种生物处理法，将空气连续鼓入曝气池的污水中，经过一段时间，水中即形成含有大量好氧性微生物的絮凝体——活性污泥，由于活性污泥具有巨大的比表面积，可吸附污水中的有机物；同时，活性污泥中具有活性的微生物以有机物为食料，获得能量并不断生长增殖，所以能去除有机物，使污水得到净化。
从曝气池流出的混合液，经沉淀分离后，水被净化排放，沉淀分离后的污泥作为种泥，部分地回流曝气池。活性污泥系统流程示意如图1所示。
生物膜法是使污水连续流经填料或某种载体（如碎石、炉渣或塑料蜂窝等）。在填料上就能够形成膜状生物污泥，该膜状生物污泥被称为生物膜。生物膜上繁殖着大量的微生物，能够起到与活性污泥同样的净化作用，吸附并降解污水中的有机污染物；同时，老化的生物膜从填料上脱落下来随污水流入沉淀池，经沉淀池沉淀分离，污水得到净化。
生物膜法有多种处理构筑物，如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池、生物流化床以及曝气生物滤池等。
自然生物处理法利用在自然条件下生长、繁殖的微生物处理污水，形成水体（土壤）、微生物、植物组成的生态系统对污染物进行一系列的物理、化学和生物的净化。生态系统可对污水中的营养物质充分利用，有利绿色植物生长，实现污水的资源化、无害化和稳定化。该法工艺简单、费用低、效率高，是一种符合生态原理的污水处理方式；但容易受自然条件影响，占地较大。自然生物处理法主要有稳定塘、湿地、土地处理系统及上述工艺的组合系统。
稳定塘利用塘水中自然生长的微生物（好氧、兼性和厌氧）分解废水中的有机物，而由在塘中生长的藻类的光合作用和大气复氧作用向塘中供氧，其生化过程与自然水体净化过程相似。稳定塘按微生物反应类型分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘等。土地处理是以土地净化为核心，利用土壤的过滤截留、吸附、化学反应和沉淀及微生物的分解作用处理污水中的污染物。农作物可充分利用污水中的水分和营养物。污水灌溉是一种土地处理方式。
厌氧生物处理法利用兼性或专性厌氧菌在无氧的条件下降解有机污染物，主要用于处理污泥及高浓度、难降解的有机工业废水。其主要构筑物是消化池，近年来开发了厌氧滤池、厌氧转盘、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧流化床等高效反应装置。该法能耗低且污泥产量少。其中UASB在高浓度的有机工业废水处理上获得了广泛的应用，污泥处理主要采用中温两级消化。
