生物处理技术是现代生物工程的一个组成部分，自然界中广泛存在的微生物，能够通过自身的新陈代谢的生理功能，将环境中的有机物质转化为稳定的无机物质。污水的生物处理技术就是利用微生物的这一生理功能，采取一定的技术手段，创造有利于微生物生存、繁殖的环境，加速微生物的增殖及新陈代谢功能，从而使污水的有机污染物得以去除。

根据参与新陈代谢的微生物的种类，污水的生物处理技术分为好氧法和厌氧法两大类。因为细菌的呼吸作用与高等动物的呼吸作用有相同点，也有不同点。有的细菌和高等动物一样进行好氧（需氧）呼吸，也有的细菌在没有氧气的情况下进行厌氧呼吸。根据这一点的不同，细菌分为好氧菌、厌氧菌和兼性菌。好氧菌生活需要氧气，没有氧气就不能生存。他们在有氧的条件下，可以将有机物分解为二氧化碳和水。而厌氧菌只能在无氧的条件下生存，有时氧气对他们是致命的。他们可以在无氧的情况下将复杂的有机物分解为较为简单的有机物和二氧化碳。兼性菌则既可以在有氧条件下生活，也可以在无氧环境下生活。在自然界中，大部分细菌属于兼性菌。

在城市污水处理中，主要使用好氧菌来处理，好氧法又分为活性污泥法和生物膜法两种。活性污泥法是天然水体的人工强化形式，是使微生物群体“聚居”在活性污泥上，活性污泥在反应器—曝气池内呈悬浮状，与污水广泛接触，从而使污水得到净化的技术。

天然水体中生长着大量的生物，小到微生物、藻类，大道鱼类，都是需要通过水中的有机物质来获得能量，“水至清则无鱼”，就是这样的道理。利用这种自然的法则，人们创造了活性污泥法。

通过向污水中强行注入空气，为微生物创造氧气充足的环境，将极大的刺激微生物生长，微生物的生长消耗掉大量的有机污染物。这样的方法已经被使用了一百年了。一个曝气池就是一个小型的生态系统。需要细心的对他进行维护，包括污泥的回流，细菌菌胶团的膨胀，污水中的有毒物质等等。典型的活性污泥处理方法的流程如上图所示：

污泥的生物膜处理法是与活性污泥法并列的一种污水好氧生物处理方法，这种方法的实质是废水流过生长在固定支撑物表面上的生物膜，污水中的有机污染物作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化。微生物自身也得到繁衍和增殖。可以说生物膜法是土壤净化的人工强化形式。

生物膜法既是古老的又是发展中的污水生物处理技术。到目前，生物膜法也是相当活跃的生物处理技术，有多种形式，比如生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等。

与活性污泥法相比生物膜法同样需要人工注入空气以保持微生物的生长环境，但是由于有固定支撑物支持着微生物，微生物有了栖息、繁衍的安静稳定环境，生物膜上的微生物不像活性污泥法中的活性污泥那样受到强烈的冲击和搅拌，所以固定支撑物上的生物膜生长着更加多样的微小生物，就连以细菌为食的较高级微生物在维护较好的生物膜处理设施中都被经常发现。也就是说，比活性污泥法中的生物食物链较长，所产生的剩余污泥的量也比活性污泥法大大降低。