Con il trattamento secondario è possibile rimuovere fino al 90% di materia organica nelle acque reflue sfruttando i processi biologici che avvengono naturalmente. Anche se esistono molte tipologie di progettazione degli impianti per il trattamento biologico delle acque reflue, questi ultimi sono tutti basati su una popolazione sana e ben acclimatata di microorganismi che richiedono una gestione attenta. Diversi parametri, come l'ossigeno disciolto, la temperatura e i livelli del nutriente sono tutti essenziali per l'efficienza del processo. Un'ultima fase, conosciuta come chiarificazione secondaria, consente di lasciare le acque reflue a sedimentare prima di essere reimmesse nell'ambiente o convogliate verso ulteriori trattamenti, spesso definiti trattamenti terziari.