生物處理技術是現代生物工程的一個組成部分，自然界中廣泛存在的微生物，能夠通過自身的新陳代謝的生理功能，將環境中的有機物質轉化為穩定的無機物質。污水的生物處理技術就是利用微生物的這一生理功能，采取一定的技術手段，創造有利于微生物生存、繁殖的環境，加速微生物的增殖及新陳代謝功能，從而使污水的有機污染物得以去除。

根據參與新陳代謝的微生物的種類，污水的生物處理技術分為好氧法和厭氧法兩大類。因為細菌的呼吸作用與高等動物的呼吸作用有相同點，也有不同點。有的細菌和高等動物一樣進行好氧（需氧）呼吸，也有的細菌在沒有氧氣的情況下進行厭氧呼吸。根據這一點的不同，細菌分為好氧菌、厭氧菌和兼性菌。好氧菌生活需要氧氣，沒有氧氣就不能生存。他們在有氧的條件下，可以將有機物分解為二氧化碳和水。而厭氧菌只能在無氧的條件下生存，有時氧氣對他們是致命的。他們可以在無氧的情況下將復雜的有機物分解為較為簡單的有機物和二氧化碳。兼性菌則既可以在有氧條件下生活，也可以在無氧環境下生活。在自然界中，大部分細菌屬于兼性菌。

在城市污水處理中，主要使用好氧菌來處理，好氧法又分為活性污泥法和生物膜法兩種。活性污泥法是天然水體的人工強化形式，是使微生物群體“聚居”在活性污泥上，活性污泥在反應器—曝氣池內呈懸浮狀，與污水廣泛接觸，從而使污水得到凈化的技術。

天然水體中生長著大量的生物，小到微生物、藻類，大道魚類，都是需要通過水中的有機物質來獲得能量，“水至清則無魚”，就是這樣的道理。利用這種自然的法則，人們創造了活性污泥法。

通過向污水中強行注入空氣，為微生物創造氧氣充足的環境，將極大的刺激微生物生長，微生物的生長消耗掉大量的有機污染物。這樣的方法已經被使用了一百年了。一個曝氣池就是一個小型的生態系統。需要細心的對他進行維護，包括污泥的回流，細菌菌膠團的膨脹，污水中的有毒物質等等。典型的活性污泥處理方法的流程如上圖所示：

污泥的生物膜處理法是與活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理方法，這種方法的實質是廢水流過生長在固定支撐物表面上的生物膜，污水中的有機污染物作為營養物質，為生物膜上的微生物所攝取，污水得到凈化。微生物自身也得到繁衍和增殖。可以說生物膜法是土壤凈化的人工強化形式。

生物膜法既是古老的又是發展中的污水生物處理技術。到目前，生物膜法也是相當活躍的生物處理技術，有多種形式，比如生物濾池、生物轉盤和生物接觸氧化池等。

與活性污泥法相比生物膜法同樣需要人工注入空氣以保持微生物的生長環境，但是由于有固定支撐物支持著微生物，微生物有了棲息、繁衍的安靜穩定環境，生物膜上的微生物不像活性污泥法中的活性污泥那樣受到強烈的沖擊和攪拌，所以固定支撐物上的生物膜生長著更加多樣的微小生物，就連以細菌為食的較高級微生物在維護較好的生物膜處理設施中都被經常發現。也就是說，比活性污泥法中的生物食物鏈較長，所產生的剩余污泥的量也比活性污泥法大大降低。