Niet alle vervuiling die in afvalwater zit kun je eruit halen via mechanische zuivering. Sommige stoffen zijn opgelost en zullen niet gaan drijven of bezinken (b.v. zepen). Andere stoffen zijn te fijn om uit het water te filteren of het wordt te duur omdat telkens het filter verstopt zou raken. Gelukkig kun je water ook op andere manieren zuiveren en wel met behulp van de natuur! In de natuur zijn bacteriën vaak de opruimers van afvalstoffen. Deze beestjes die zo klein zijn dat je ze niet kunt zien zonder microscoop. De bacteriën eten de vervuiling in het afvalwater op. Voor de bacteriën zijn dit voedingsstoffen. De bacteriën zetten de afvalstoffen dan om in CO2 (koolzuurgas), water en soms in andere stoffen.
In een RWZI wordt het afvalwater na de mechanische zuivering naar een groot bassin gepompt en daar leven veel bacteriën. Deze bacteriën zweven gewoon in het water als vlokken en zuiveren het water. Hierbij hebben ze wel veel zuurstof nodig. Daarom wordt in de biologische zuivering lucht in het afvalwater gepompt. Vergelijk het met een aquariumpompje: vanaf de bodem van het bassin worden fijne luchtbelletjes in het water gepompt en zo kunnen de bacteriën ademen.
Omdat bacteriën maar kort leven, krijg je in het afvalwater ook veel dode bacteriën. Het beluchte bassin heeft daarom een overloop naar een nabezinkingstank. Daar zinken de dode bacteriën naar de bodem van de tank en kan het heldere, gezuiverde water overlopen naar de rivier. Op de bodem onstaat dan zuiveringsslib (een laag dode bacteriën) en dat slib wordt dan weer weggepompt en gedroogd en soms verbrand.