Para remoção de matéria orgânica das águas residuárias, os processos biológicos, embora apresentem custo operacional mais elevado, são mais eficientes do que os processos físico-químicos.

Nos processos aeróbios é fundamental que seja acelerada a oxigenação do conteúdo do tanque através de aeração artificial juntamente com a recirculação de biomassa.

Comparado com o processo natural de depuração que ocorre num corpo d'água, no processo de lodos ativados o tratamento ocorre num período maior de tempo.

Nos processos anaeróbios, tem-se o uso de microrganismos que apresentam o mecanismo da respiração intra-molecular, usando o hidrogênio como aceptor de elétrons na ausência de oxigênio dissolvido nas águas.

Após serem submetidos ao tratamento biológico, alguns efluentes industriais necessitam ser tratados por processos físico-químicos para a remoção de componentes tóxicos, como metais pesados, óleos e graxas.