Mikroorganizmy rozkladajú organické látky súčasnom uvoľňovaní energie a syntézy novej biomasy. Organické látky preniknú do vnútra bunky, kde sa uskutočňujú najdôležitejšie biochemické procesy Časť organických látok oxiduje až na CO2 a H2O pri súčasnom uvoľnení enrgie a zvyšok sa premení na zásobné látky a nové bunky. Pri všetkých procesoch prebiehajú všeobecné reakcie spotrebúvajúce kyslík.

Priebeh biologického odstraňovania organických látok závisí od východiskovej koncentrácie organických látok (substrátu), koncentrácie mikroorganizmov a času kontaktu substrátu s mikroorganizmami. Týmito základnými parametrami možno riadiť proces aeróbneho biologického čistenia odpadových vôd.

V priaznivých podmienkach sa každá bunka vegetatívne rozmnožuje na dve nové bunky a to v časovom intervale, ktorý je veľmi špecifický a závisí od mnohých faktorov. Tento interval sa nazýva generačný čas, Je to čas potrebný na zdvojnásobenie počtu buniek alebo biomasy. Ak pôvodný počet mikroorganizmov označíme ako N0, môžeme ich počet po n generáciách stanoviť zo vzťahu:


Rast mikrobiálne populácie v určitom objeme živného média neprebieha vždy exponenciálne, ale sa pomaľuje spotrebou živín, či tvorbou toxických produktov, prípadne kombinovaným účinkom oboch faktorov. Ak naočkujeme určitý objem kultivačného média neveľkým počtom buniek, rast jednobunkovej mikrobiálnej populácie sa uskutočňuje postupne v niekoľkých fázach. Semilogaritmickýcm znázornením nameraných hodnôt dostávame rastovú krivku, ktorú podľa jej priebehu možno rozdeliť do 5 fáz:

1. Lag fáza. Po naočkovaní média sa mikroorganizmy dostávajú do odlišného prostredia oproti pôvodnému, z ktorého boli vzaté. Organizmy nemusia byť adaptované na nové prostredie a po prenesení doňho mnohé môžu zahynúť a mnohé sa postupne prispôsobujú.
2. Fáza zrýchleného rastu je krátka prechodná fáza medzi lag fázou a fázou exponenciálnou. Rýchlosť rastu mikroorganizmov sa postupne zvyšuje a na konci fázy dosahuje maximálnu hodnotu.
3. Exponenciálne fáza rastu sa začína vtedy, keď rýchlosť rastu nadobúda konštantnú hodnotu, mikroorganizmy sú živé, v dôsledku čoho sa paralelne zvyšuje ich počet a množstvo biomasy. Rastová rýchlosť zostáva konštantná až do času, kedy sa začne prejavovať nedostatok substrátu.
4. Fáza spomaleného rastu je obyčajne krátky prechod medzi exponenciálnou a stacionárnou fázou a môžeme ju pokladať za extrapoláciu exponenciálnej fázy na úroveň stacionárnej fázy.
5. Stacionárna fáza. Narastaním počtu mikroorganizmov sa koncentrácia živín zmenšuje a zvyšuje sa koncentrácia metabolických produktov.