Всички микроорганизми притежават способността като източник на енергия и храна да усвояват разнообразни вещества.Част от усвоените органични вещества се  окисляват, а другата се превръща в биомаса. В природата микроорганизмите обикновено са под формата на асоциации от различни видове бактерии и т. нар. първаци.

- нишковидни въглеродоокисляващи бактерии
- бактерии нитрификатори
- въглеродоокисляващи флокулообразуващи бактерии

В основата на Биологичното пречистване на отпадни води в аеробни условия е хетерогенна популация от микроорганизми, които консумират многокомпонентен субстрат. Отпадните води всъщност са субстрат, който служи за храна на микроорганизмите.

Съществуват шест фази на развитие на микроорганизмите и за всяка от тях са характерни  индивидуални условия за съществуване и различни параметри на растеж.
За пречистването на отпадъчни води се използват основно фазите на експоненциален растеж и линейно нарастване. През тези фази всъщност се извършва консумацията на субстрата.Самият  процес на разграждане на органичните вещества протича на два етапа:

През първият етап органичните съединения, съдържащи въглерод се разлагат.

Вторият етап – дишането, настъпва при изчерпване на въглерода като източник на храна. Дишането представлява  окислителен процес, при който се отделя енергия. Тази енергия се използва за синтезиране на клетъчен материал. При липса на субстрат енергията е възможно да бъде получена чрез самоокисление - окисление на вътреклетъчния материал. В този процес на самоокисление клетката всъщност се разрушава. Водата в контакт с въздуха съдържа кислород в концентрация, която зависи от температурата, разтворените във водата органични и неорганични вещества и от атмосферното налягане. Голямо значение имат и съдържащите се във водата вещества доколко са  способни да свържат кислорода и се самоокисляват. Колкото са  по-високи стойностите на разтворен кислород в повърхностните води, толкова по-добро е санитарно-хигиенното качество на водата. Силно влияние върху качеството на пречистването на отпадни води оказват хищните първаци, поради което при тези процеси трябва да се отчитат взаимоотношенията "хищник-жертва" между първаците и бактериите. На тези взаимоотношения стъпват новите аеробни технологии на пречистване.
Много често се счита, че множеството видове бактерии, присъстващи в сложната биоценоза, са най-важни за пречиствателния процес и ролята на другите микроорганизми се игнорира.