En un tratamiento secundario, hasta el 90 por ciento de la materia orgánica de las aguas residuales se puede eliminar al utilizar procesos biológicos que ocurren de un modo natural. Aunque existen muchos tipos de estructuras para tratar las aguas residuales de manera biológica, todas ellas dependen de una población saludable y bien aclimatada de microorganismos que necesitan una cuidadosa gestión. Las distintas entradas, como el oxígeno disuelto, la temperatura y los niveles de nutrientes, resultan vitales para la eficiencia del proceso. Un último paso, conocido como clarificación secundaria, permite que las aguas residuales se asienten antes de ser reintroducidas en el medioambiente o enviadas para seguir siendo tratadas, lo que a menudo se conoce como tratamiento terciario.