Det viktigste aerobe behandlingssystemet er aktivt slam, basert på vedlikehold og resirkulasjon av en kompleks biomasse med mikroorganismer som kan bryte ned det organiske materialet i avløpsvannet. Anaerobe prosesser er i utstrakt bruk i behandlingen av industrielt avløpsvann og biologisk slam. Noe avløpsvann kan bli behandlet grundig og gjenbrukt. For noe avløpsvann kan en økologisk tilnærming ved å utnytte naturlig infiltrasjon være tilfredsstillende. Moderne systemer omfatter tertiær rensing ved mikrofiltrering eller syntetiske membraner. Etter membranfiltreringen kan avløpsvannet igjen oppnå drikkevannskvalitet. Nitrater kan fjernes fra avløpsvann ved mikrobiell denitrifikasjon. En metode er å tilsette små mengder metanol som karbonkilde for bakterier. Ozonbehandling er en annen metode, der vannet frigjør næringssaltene mens ozonbobler trenger gjennom vannet i en tank.