(1)對不含氮的有機物分解

自然界中大多數微生物只能利用葡萄糖、麥芽糖等基本糖類，而對于利用纖維素、油脂等的微生物種類較少。通常對不含氮有機物的降解主要是靠某些特定的微生物將大分子物質分解為小分子物質，再通過細菌、霉菌等對小分子進行利用。對于葡萄糖等簡單糖類的分解主要是一些常見的微生物，比如酵母、芽孢等;對于脂肪分解主要是靈桿菌、放線菌、霉菌或者熒光桿菌等微生物;對于芳香族化合物主要是通過白腐菌、某些光合細菌進行有效降解。

(2)對于含氮物質的分解

污水中主要的含氮物質是氨氮、尿素、氨基酸、蛋白質、硝酸鹽等物質。對于尿素的分解主要是一些尿素細菌，比如桿狀菌、球狀菌等進行尿素水解;對于蛋白質的分解，主要通過熒光假單胞菌將蛋白質分解為氨基酸。

在分解的每個階段都有特定的微生物參與，比如氨化的作用主要是一些好氧細菌和厭氧細菌，硝化的作用主要是好氧細菌，反硝化作用則是一些兼性厭氧微生物。

(3)對無機物的轉換

污水中一般含硫、磷和鐵等無機物，對于硫元素的處理主要是依靠硫磺細菌和硫化細菌來將硫元素進行轉化，對于磷元素主要是通過一些蠟質芽孢桿菌來處理，對于鐵元素的處理主要是通過微生物的氧化還原作用進行處理。有的工業廢水和畜禽養殖污水中還含有鉻、銅等重金屬，比如冶金、醫藥等廢水中含有多種重金屬，養殖污水由于飼料添加劑銅類化合物的廣泛使用，常造成養殖污水中銅元素超標。重金屬不能被分解，對于重金屬的處理只能是將其轉化成鈍化態或將其轉移。微生物在轉化重金屬方面具有重要作用，比如鎘元素一般采用微生物吸附、還原的方法來處理。