A oxidação da matéria orgânica refratária corresponde ao principal fator de consumo de oxigênio dissolvido. O consumo de oxigênio dissolvido se deve à respiração dos microrganismos decompositores, principalmente das bactérias autotróficas.

Outro processo de oxidação é o referente às formas nitrogenadas, responsável pela transformação da amônia em nitritos e estes em nitratos, denominado amonificação. Os microrganismos envolvidos nesse processo são autótrofos quimiossintetizantes, para os quais o dióxido de carbono é a principal fonte de carbono, e a energia obtida por meio da oxidação de um substrato inorgânico, como a amônia.

A reaeração atmosférica é frequentemente o principal fator responsável pela introdução de oxigênio no meio líquido. Nesse fenômeno físico, a transferência de oxigênio da fase gasosa para a fase líquida se dá através dos mecanismos de difusão molecular e difusão turbulenta. A condição de difusão a predominar é função das características hidrodinâmicas do corpo d’água.

O fenômeno de produção de oxigênio promovido pela fotossíntese é conduzido pelos seres autotróficos clorofilados para a síntese da matéria orgânica. Em águas com baixa ou nenhuma turbidez, a possibilidade da presença de algas é menor e, por conseguinte, mais reduzido o fenômeno da fotossíntese. Isto é mais evidente nas primeiras zonas de autodepuração, onde há predominância quase que exclusiva de organismos heterótrofos, ou seja, a respiração supera a produção.