活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。担当净化任务的是异养菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起着关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。其性能指标包括：混合液悬浮固体 （MLSS），污泥沉降比（SV），污泥指数[污泥体积指数（SVI），污泥密度指数（SDI）。

活性污泥工艺碳是构成微生物细胞的重要物质，参与活性污泥处理的微生物对碳源需求量较大，一般以BOD5计，不应低于100mg/L。生活污水碳源比较充足，对于一些碳源不足的工业废水则应补充碳源，如生活污水或是淀粉等。

氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素，氮源可来自N2、NH3、NO3等无机氮化合物，也可以来自蛋白质胨（音dong）以及氨基酸等有机含氮化合物。生活污水中氮源充足，不需要另行投加；工业废水则应考虑含氮是否充足，必要时可投加尿素、硫酸铵等。

活性污泥法工艺是利用好氧微生物的技术，因此曝气池混合液中必须有足够的溶解氧。如果溶解氧过低，好氧微生物正常的代谢活动就会下降，活性污泥会因此发黑发臭，进而使其处理污水的能力受到影响。而且溶解氧过低，易于丝状菌滋生，产生污泥膨胀，影响出水水质。如果溶解氧过高，导致有机污染物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。活性污泥中的微生物会进人自身氧化阶段，还会增加动力消耗。

对混合液的游离细菌而言，溶解氧保持在0.2-0.3mg/L即可满足要求。但为了使溶解氧扩散到活性污泥絮体内部，保持活性污泥系统整体具有良好的净化功能，混合液必须保持较高的溶解氧水平。根据经验，曝气池出口混合液中溶解氧浓度一般保持在2mg/L左右，就能使活性污泥具有良好的净化功能。