生物污水处理是利用微生物的代谢作用来分解污水中复杂的有机物及氨氮等污染物，将之转化为无害及稳定的物质，从而净化污水。污水净化能力与多种细菌、真菌类、藻类、原生动物、微小后生动物等微生物有关。

传统污水处理系统如活性污泥法（Activated Sludge Process，ASP）是一种生态环境的缩影，利用cod降解菌，氨氮去除菌以及藻类等菌种去净化污水。微生物担负着分解、转化污染物的重任，其种类繁多，当中以细菌占主导，而细菌再可分为好氧性，厌氧性或兼性。

可使用光学显微镜去观察生物反应器内的微生物，如丝状细菌。可是主力细菌如硝化菌和脱硝菌实在太微小了，光学显微镜难以观察一般细菌；然而可以通过显微镜观察原生及后生动物的种类、数量、活性帮助判断活性污泥的状态及发展。如观察ASP中的丝状细菌多寡能影响到曝气池中污泥膨胀和生物性发泡的发生。从监察和鉴定丝状细菌菌落，可预计污泥膨胀的机会，从而及早制定解决策略。另一方面，原生动物和后生动物的族群亦能显示ASP的健康状况。多年前曾经发生特殊事件，因轮虫数目暴增，吃掉了大量细菌，包括硝化细菌和丝状菌，严重破坏了整个污水硝化系统运行。

观察活性污泥中的微生物，有助判断活性污泥处理污染物的能力，从而改进操作条件。如污泥中有较多固着型纤毛虫，表示水质清澈良好，出水浊度一般符合排放标准；反之，若有大量游泳型纤毛虫，则代表净化作用欠佳，出水浊度上升。若发现活性污泥中的变形虫异常暴增，即污水处理效果或变差，须及早改善。