Метод БО основан на способности микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата многие органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточной воде. Широкое использование БО обусловлено его достоинствами, такими как возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе и токсичные, а также относительно невысокие эксплуатационные расходы. К недостаткам относят высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима, токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений, а также необходимость разбавления сточных вод в случае высоких концентраций загрязнения. Биологическая очистка сточных вод может проводиться в аэробных и анаэробных условиях. В процессе БО сточных вод, часть окисляемых микроорганизмами веществ используется в процессах биосинтеза (образование биомассы — активного ила или биопленки), а другая часть превращается в безвредные продукты окисления (вода, углекислый газ и др.). Принцип действия современных аппаратов и сооружений БО основан на методах непрерывного культивирования микроорганизмов. Одной из перспективных систем биологической очистки является аэробно-аноксидная очистка в SBR-реакторах (sequencing batch reactor-аэробные реакторы с циклично прерываемой активностью), позволяющая удалять до минимальных концентраций не только органические вещества, но также и биогенные.

В SBR, также как в аэротенках, очищающее начало — активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. При прекращении аэрации, и искуственном перемешивании,происходит удаление биогенных веществ.

При попадании в выходной отстойник ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.