對活性污泥法凈化污水主要過程的了解，可有效指導活性污泥處理系統的運行和管理，活性污泥法凈化污水包括三個主要過程。
（1）吸附
在很多活性污泥系統里，當污水與污泥接觸后很短時間（10·40min）內就出現了很高的有機物（BOD）去除率，這個初期高速去除現象是吸附作用引起的，由于污泥表面積很大（介于2000·10000m2/m3混合液），且表面具有多糖類黏質層，因此可以認為污水中懸浮的和膠體的物質是被吸附去除的，呈膠狀的大分子有機物被吸附后，首先被水解菌作用，分解為小分子物質，然后這些小分子與溶解有機物一道在透膜酶的作用或在濃差推動下選擇性滲入細胞體內。
（2）微生物代謝作用
活性微生物以污水中各種有機物作為營養，在有氧的條件下，將其中一部分有機物合成新的細胞物質（原生質）；對另一部分有機物則進行分解代謝，即氧化分解以獲得合成新細胞所需要的能量，并最終形成CO2和H2O等穩定物質。在新細胞合成與微生物增長過程中，除氧化一部分有機物以獲得能量外，還有一部分微生物細胞物質也在進行氧化分解，并供應能量。
活性污泥微生物從污水中去除有機物的代謝過程，主要是由微生物細胞物質的合成（活性污泥增長）、有機物（包括一部分細胞物質）的氧化分解和氧的消耗組成，當氧供應充足時，活性污泥的增長與有機物的去除是并行的，污泥增長的旺盛時期，也就是有機物去除的快速時期。
（3）絮凝體的形成與凝聚沉淀
絮凝體是活性污泥的基本結構，它能夠防止微型生物對游離細菌的吞噬，并承受曝氣等外界不利因素的影響，更有利于與處理水的分離。凝聚的原因主要是細菌內積累的聚羧基丁酸釋放到液相，促使細菌間相互凝聚，結成絨粒；微生物攝取過程釋放的黏性物質促進凝聚；在不同的條件下，細胞內部的能量不同，當外界營養不足是，微生物的生長處于靜止期和衰亡期，微生物細胞內部能量降低，表面電荷減少，細胞顆粒間的結合力大于排斥力，形成絨粒。而當營養充足（污水與活性污泥混合初期，F/M較大）時，微生物的生長處于對數增長期，微生物細胞內不能量大，表面電荷增大，形成的絨粒重新分散。
沉淀是混合液中固相活性污泥顆粒間污水分離的過程，固液分離的好壞，直接影響出水水質，如果處理水夾帶生物體，出水BOD和SS將增大。所以，活性污泥法的處理效率同其他生物處理方法一樣，應包括二次沉淀池的效率，即用曝氣池及二沉池的總效率表示。除了重力沉淀外，也可用氣浮法進行固液分離。
