Atık su arıtılması sırasında oluşan biyokimyasal reaksiyonlar daha çok bakteriler tarafından gerçekleştirilir.Atık suyun bileşimi çok kompleks olup binlerce organik maddeyi çok değişik konsantrasyonlarda içerir.Atık suda çok sayıda substrat ve mikroorganizma bulunması bazı reaksiyonların inhibisyonuna sebep olabilmektedir.Ayrıca substrat konsantrasyonunun çok düşük olması reaksiyon hızlarının da fermantasyona kıyasla çok yavaş olması sonucunu doğurur.

Atık işlemlerin biyokimyası atığın içerdiği bileşiklerin tabiatı ile yakından ilgilidir. Kentsel atık sularda bulunan organik C'nin %75 i karbonhidrat,,protein,amino asitler ve yağ asitlerinden kaynaklanır.Geriye kalan kısımda anyonik deterjanlar ve non iyonik deterjanlar önemli yer tutar.Organik maddenin 2/3 i süspanse haldedir.

Atık işlemleri "açık" sistemler olduğundan mikrobiyal populasyon özellikle düşük büyüme hızlarında çok çeşitlidir.Aerobik işlemlerde ana katabolik reaksiyonlar moleküler O2'li oksidasyon ile tamamlanırken ,anaerobik solunum bazı durumlarda meydana gelir ve nitrat elektron akseptörü olur.Anaerobik işlemlerde ana reaksiyon hidrolitik ve fermentatif reaksiyonlardan sonra inorganik karbonun elektron akseptörü olarak kullanıldığı solunumdur.Bu reaksiyonların son ürünü metan olup CO2 in H2 ile direkt indirgenmesi ile de elde edilebilir.