(1)对不含氮的有机物分解
自然界中大多数微生物只能利用葡萄糖、麦芽糖等基本糖类，而对于利用纤维素、油脂等的微生物种类较少。通常对不含氮有机物的降解主要是靠某些特定的微生物将大分子物质分解为小分子物质，再通过细菌、霉菌等对小分子进行利用。对于葡萄糖等简单糖类的分解主要是一些常见的微生物，比如酵母、芽孢等;对于脂肪分解主要是灵杆菌、放线菌、霉菌或者荧光杆菌等微生物;对于芳香族化合物主要是通过白腐菌、某些光合细菌进行有效降解。
(2)对于含氮物质的分解
污水中主要的含氮物质是氨氮、尿素、氨基酸、蛋白质、硝酸盐等物质。对于尿素的分解主要是一些尿素细菌，比如杆状菌、球状菌等进行尿素水解;对于蛋白质的分解，主要通过荧光假单胞菌将蛋白质分解为氨基酸。
在分解的每个阶段都有特定的微生物参与，比如氨化的作用主要是一些好氧细菌和厌氧细菌，硝化的作用主要是好氧细菌，反硝化作用则是一些兼性厌氧微生物。
(3)对无机物的转换
污水中一般含硫、磷和铁等无机物，对于硫元素的处理主要是依靠硫磺细菌和硫化细菌来将硫元素进行转化，对于磷元素主要是通过一些蜡质芽孢杆菌来处理，对于铁元素的处理主要是通过微生物的氧化还原作用进行处理。有的工业废水和畜禽养殖污水中还含有铬、铜等重金属，比如冶金、医药等废水中含有多种重金属，养殖污水由于饲料添加剂铜类化合物的广泛使用，常造成养殖污水中铜元素超标。重金属不能被分解，对于重金属的处理只能是将其转化成钝化态或将其转移。微生物在转化重金属方面具有重要作用，比如镉元素一般采用微生物吸附、还原的方法来处理。