Najważniejszą częścią samooczyszczania jest biologiczne usuwanie zanieczyszczeń, do którego zaliczamy:
a) biosorpcję- powierzchnia komórki jest miejscem wymiany składników dyfundujących do wnętrza komórki oraz przenikania produktów przemiany materii i pewnych enzymów w kierunku przeciwnym. W przeciwieństwie do adsorpcji na powierzchni ciał stałych, zatrzymywanie się związków chemicznych na żywej komórce jest na ogół krótkotrwałe. Stała wymiana między treścią komórki, a jej wewnętrznym środowiskiem decyduje o ciągłej regeneracji powierzchni i możliwości adsorbowania się nowych cząstek.
b) Mineralizacja- polega na enzymatycznym rozkładzie związków organicznych przez drobnoustroje, wykorzystaniu energii i pierwiastków biogennych oraz wydaleniu prostych produktów mineralnych (np.: CO2, H2O, NO3-). Całość przemian zachodzi w warunkach tlenowych. Mineralizacja może być procesem dwuetapowym. W pierwszym etapie następuje biodegradacja, czyli rozkład związków organicznego i powstanie produktów mineralnych, w drugim – dalsze utlenienie produktów nieorganicznych. W mineralizacji biorą udział między innymi bakterie, promieniowce, grzyby, glony itp.
c) Biokumulacją- nazywamy proces pobierania z wody pewnych związków lub jonów i gromadzenia ich w komórce w coraz to większych ilościach. Do związków ulegających biokumulacji zalicza się niektóre pestycydy, zwłaszcza węglowodory chlorowane i sole metali ciężkich. Po śmierci komórki zakumulowane związki są ponownie uwalniane do wody.
d) Immobilizacja- (proces przeciwstawny do mineralizacji), czyli unieruchomienie polega na przekształceniu nieorganicznych form pierwiastków w struktury organiczne i wbudowania ich w składniki komórkowe.