前两步处理后，调整废水浓度和pH值，能适应生物代谢，达到污染物降解的最大程度。使用物理和化学的方法，是很难彻底实现净化废水的。或依靠微生物的作用，从根本上转化为无害废水。生化方法主要包括厌氧、有氧、兼氧或组合。
有氧处理有活性污泥法、生物膜法等。厌氧法主要用于制药化工企业废水较多的厌氧塔。在连续供氧的特殊条件下，各种微生物混合培养形成活性污泥。通过吸附、冷凝、分解、沉淀、氧化和活性污泥的形成，废水中的微生物群落可以去除废水中有害的有机污染物，进一步净化污水。生物膜法是在固定载体上对废水进行生物代谢反应，降解废水中的有机污染物
