在有氧條件下，有機物在好氧微生物的作用下氧化分解，有機物濃度降低，微生物量加。污水中的有機物、首先被吸附在活性污泥和生物膜表面，并與微生物細胞表面接觸，透膜酶的作用下，透過細胞壁進人微生物細胞體內，小分子的有機物能夠直接透過細胞壁人微生物體內，而如淀粉、蛋白質等大分子有機物，則必須在細胞外酶--水解酶的作下，被水解為小分子后再被微生物攝人細胞體內。微生物以吸收到細胞內的物質作為營養面加以代謝，代謝按兩種途徑進行:一為合成代謝，部分有機物被微生物所利用，合成新的胞物質;另一為分解代謝，部分有機物被分解形成CO2和H2O等穩定物質，并產生能量用于合成代謝。同時，微生物的細胞物質也進行自身的氧化分解，即內源代謝或內源呼嗎微生物降解污水中有機物。在有機物充足的條件下，合成反應占優勢，內源代謝不明顯。有機物濃度較低或已耗盡時，微生物的內源呼吸作用則成為向微生物提供能量、維持其生命活動的主要方式。

在有機物的好氧分解過程中，有機物的降解、微生物的增殖及溶解氧的消耗這三個過程是同步進行的，也是控制好氧生物處理成功與否的關鍵過程。在不同的生物處理工藝中，有機物的分解速率，微生物的生存方式、增殖規律，溶解氧的提供方式與分布規律均有差異，而關于好氧生物處理過程的研究及改良也是針對這三個關鍵過程開展的。