W biologicznym etapie oczyszczalni ścieków różnymi biologicznymi procesami metabolicznymi wysokocząsteczkowe, bogate w energię, organiczne zanieczyszczenia są rozkładane przez specjalnie przystosowane, przede wszystkim heterotroficzne mikroorganizmy, czyli bakterie, takie jak Azoarcus sp., Thauera sp., Bacillus halodenitrificans, Haloarcula denitrificans i Paracoccus denitrificans, w środowisku aerobowym/anoksycznym. Proces ten służy bakteriom do pozyskiwania energii, czyli tzw. oddychania komórkowego. Przy tym zużywany jest tlen w postaci rozpuszczonej i związanej.