Biologische Verfahren basieren auf der Eigenschaft von Mikroorganismen organische und z.T. auch anorganische Wasserinhaltsstoffe in den Nährstoffkreislauf einzubinden wobei unter idealen Bedingungen Wasser, Kohlendioxid und Biomasse entstehen. Unter geeigneten Bedingungen sind aromatische, organische, chlororganische und anorganische Verbindungen abbaubar, wenn eine ausreichende Bioverfügbarkeit gewährleistet ist.

Für die praktische Ausführung werden unterschiedliche Techniken verwendet. Z.B. setzt man suspendierte Organismen in Belebtschlammbecken ein oder  man erzeugt einen biologische Rasen in einem Fließbettreaktoren oder in Tropfkörperkolonnen.