废水生物处理法是通过微生物的代谢作用将呈胶体、溶解和悬浮状态的有机污染物转化为无害、稳定的物质。由于废水中含有的脂肪、蛋白质和碳水化合物等有机物是微生物的食料，一部分降解合成为细胞物质，另一部分降解氧化为二氧化碳和水等，在此过程中，微生物降解和去除废水中的二氧化碳等有机污染物。
除了营养因素，微生物还需要如温度、溶解氧、渗透压、pH值等合适的环境因素才能生存。如果环境条件异常，会影响微生物的生命活动，甚至变异或死亡。在废水生物处理中，16—30℃一般为最适宜微生物生存的温度范围，37—43℃是它能承受的最高温度，当温度低于10℃时微生物将不再生长。在适宜的温度范围内，温度每增加10℃，微生物的代谢率会相应地提高，COD去除率也会提高10%左右；相反，温度每降低10℃时COD去除率会降低10%，所以在冬季，COD生化去除率将明显低于其他季节。
生化处理排出的污泥由于含水量高，大部分需要浓缩、脱水稳定和干化。常用的浓缩法有气浮法、沉降法和离心法，主要是为了减少污泥的间隙水。为了避免污泥进入环境时，有机部分腐败，污染环境，有时需要在脱水前降解，即上述的稳定，消化法、石灰稳定法、氯化氧化法和热处理法都可使污泥性能稳定，其中消化法是稳定污泥的常用方法。稳定后的污泥还需要破坏其胶体结构，降低污泥之间的亲和性，提高污泥的脱水能力，即污泥的调理，通常有加热或冷冻调理、加药调理和骨粒调理等，其中加药法功效可靠，设备简单，操作方便，应用更为广泛。污泥干化脱水一般分为自然干化和机械脱水，大型场地的乡镇污水处理厂主要采用自然干化，其它处理装置多采用占地面积小、效率高的机械脱水方式。