No trecho imediatamente a jusante do ponto de lançamento de carga orgânica, a concentração de OD tende a atingir seu valor máximo devido à aeração natural provocada pela mistura do efluente com a água do rio.

A solubilidade do oxigênio na água é inversamente proporcional à temperatura; em rios de regiões tropicais, a capacidade de manutenção de níveis elevados de OD é naturalmente superior à de rios em regiões de clima temperado.

O modelo de autodepuração de Streeter-Phelps descreve o perfil de oxigênio em um rio por meio da interação entre dois processos simultâneos: a desoxigenação (consumo de OD pela oxidação da matéria orgânica) e a reaeração (reposição de OD pela atmosfera).

O lançamento de nutrientes como nitrogênio e fósforo em corpos hídricos lênticos (parados) favorece o aumento dos níveis de OD em toda a coluna d'água, processo conhecido como eutrofização positiva.