Während einer sekundären Behandlung können durch die Nutzung natürlich vorkommender biologischer Prozesse bis zu 90 Prozent der organischen Materialien im Abwasser entfernt werden. Obwohl viele Anlagen Abwasser biologisch aufbereiten, sind diese von einer gesunden, gut akklimatisierten Population von Mikroorganismen abhängig, die ein sorgfältiges Management benötigen. Verschiedene Inputs wie gelöster Sauerstoff, Temperatur und Nährstofflevel sind entscheidend für die Effizienz des Verfahrens. In einem letzten, als Sekundärreinigung bezeichneten Schritt wird das Abwasser nach einer Ruhepause in die Umwelt geleitet oder zur weiteren Behandlung abgegeben. Dies wird oft als Tertiärbehandlung bezeichnet.