廢水處理有物理方法、化學方法和生物方法，而用微生物處理廢水的生物方法以效率高、成本低受到了廣泛使用。能除掉毒物的微生物主要是細菌、黴菌、酵母菌和一些原生動物。它們能把水中的有機物變成簡單的無機物，透過生長繁殖活動使汙水淨化。有種芽孢桿菌能把酚類物質轉變成醋酸吸收利用，除酚率可以達到99%；一種耐汞菌透過人工培養可將廢水中的汞吸收到菌體中，改變條件後，菌體又將汞釋放到空氣中，用活性炭就可以回收。有的微生物能把穩定有毒的DDT轉變成溶解於水的物質而解除毒性。每年在運輸中有150萬噸的原油流入世界水域使海洋汙染，清除這些油類，真菌比細菌能力更強。在去毒淨化中，不同的微生物各有“高招”！枯草桿菌、馬鈴薯桿菌能清除已內酷胺；溶膠假單孢桿菌可以氧化劇毒的氰化物；紅色酵母菌和蛇皮癬菌對聚氯聯苯有分解能力。

用微生物處理廢水常用生物膜法。所有的汙水處理裝置都有固定的濾料介質如碎石、煤渣及塑膠等，在濾料介質的表面覆蓋著一層由各類微生物組成的粘狀物稱為生物膜。生物膜主要是由細菌菌膠團和大量真菌菌絲組成，在表面還棲息著很多原生動物。當汙水透過濾料表面時，生物膜大量地吸附水中各種有機物，同時膜上的微生物群利用溶解氧將有機物分解，產生可溶性無機物隨水流走，產生的二氧化碳和氫氣等釋放到大氣中，使汙水得到淨化。

還有一種活性汙泥法。所謂活性汙泥是由能形成菌膠團的細菌和原生動物為主組成的微生物類群，及它們所吸附的有機的和無機懸浮物凝聚而成的棕色的絮狀泥粒，它對有機物具有很強的吸附力和氧化分解能力。

利用微生物淨化汙水雖然取得了可喜的成就，但在提高工作效益方面還有不少工作要做，因此還不能廣泛應用於消除汙染。