In der biologischen Stufe werden die im Abwasser gelösten Verschmutzungen durch Mikroorganismen, Bakterien und Einzeller abgebaut. Sie verwenden die Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen zur Energiegewinnung und zum Aufbau neuer Biomasse. Um einen möglichst vollständigen Abbau zu erreichen, werden für den Belebtschlamm verschiedene Lebensbedingungen geschaffen.