活性污泥中的微生物群体主要是有细菌、真菌、原生动物和后生动物组成。在活性污泥处理工艺中，活性污泥中的微生物与污水中的有机营养物质之间形成了复杂的食物链关系，污水中的有机物作为营养物质被活性污泥中的微生物所摄取、代谢与利用，使污水得到净化，微生物获得能量并合成新的细胞，活性污泥得到增殖。这一过程大致可分为三个阶段。

（1）凝聚吸附  活性污泥具有很大的比表面积和多糖类黏性物质，当污水与其接触时，污水中的有机污染物被凝聚和吸附在活性污泥的表面上而被去除。该过程取决于微生物的活性和有机物的组成及形态，微生物的活性决定了活性污泥的凝聚和吸附能力，一般处在“饥饿”状态的内源呼吸期微生物的“活性”最强，凝聚和吸附能力也最强。

（2）分解代谢  污水中的有机物被吸附在微生物细胞的表面，在透过酶的作用下，有机物透过细胞壁进入微生物的细胞体内。微生物在有氧的条件下，对一部分有机物进行氧化分解，在形成二氧化碳和水的同时，提供合成细胞物质所需的能量，供微生物自身的繁衍增殖。

（3）泥水分离  分解代谢的最终结果是污水中的有机物得到降解，活性污泥本身得以增殖。只有经过泥水分离，处理后的水才能排放。分离效果较差是，排放水中的活性污泥成分将影响排放水的水质。