Der Abbau organischer, aber auch anorganischer Stoffe durch die Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen gehört zu den wichtigsten Abwasserreinigungsmaßnahmen. Ziel ist stets die wesentliche Verringerung des CSB- und des BSB-Wertes. Erfasst werden ausschließlich biologisch abbaubare Verbindungen. Organische Abwasserinhaltsstoffe werden im aeroben Stoffwechsel bis zu Kohlendioxid und Wasser mineralisiert.
Der Abbau erfolgt im gut belüfteten Belebungsbecken. In den vergangenen Jahren wurden hierzu Kompaktanlagen entwickelt, die auch kleineren und mittleren Betrieben eine kostengünstige Abwasserbehandlung ermöglichen.
Neben dem aeroben Abbau spielt in stark belastetem Abwasser auch der anaerobe biologische Abbau eine gewisse Rolle. Dieser wird vor allem zur Vorbehandlung organisch höher belasteten Abwassers eingesetzt. Die gasförmigen Endprodukte NH4 und CO2 können als Biogas energetisch verwertet werden.