处理系统中的微生物主要有细菌、放线菌、真菌、原生动物以及微型后生动物等,其中细菌是净化污水的主要承担者.发现的菌群主要有丛毛单胞菌属（Comamonas）、动胶杆菌属（Zoogloea）、螺菌属（Spirillum）、不动杆菌属（Acinetobcter）、短杆菌属（Brevibacterium）、产碱杆菌属（Alcaligenes）和黄杆菌（Flavobacterium）等；还有具有除磷作用的类环红菌（Rhodocyclus）、小月菌（Microlunatus sp.）、俊片菌（Lampropedia sp.）等；具有脱氮作用的反硝化生丝微菌属（Hyphomicrobium）、固氮弧菌属（Azoarcu）相关菌、类硝化螺菌（Nitrospira）等,与污泥泡沫形成相关的诺卡氏菌形放线菌（Nocardioformactinomycetes）、丝状菌（Microthrixparvicella）和Nostocoidalimicola等.
动胶杆菌属的典型特征是能形成活性污泥的重要结构—菌胶团.本属的大多数菌种能够产生高絮凝活性,可与有机物结合成絮状,使重金属离子、磷元素沉淀,从而使水体净化.此外,从活性污泥中分离得到的动胶菌对于多种有机毒物也有降解作用,如动胶菌HP3能够高效地降解溴胺酸等化学有毒物质.
丛毛单胞菌属,对于构成菌胶团也有重要作用,除了可以吸附废水中的难降解有机物之外,对于多种有机毒性分子也有降解作用,如丛毛单胞菌AN3菌株可降解苯胺[44],丛毛单胞菌CNB1菌株可降解对氯硝基苯[45]等,对于水的净化也具有十分重要的意义.
放线菌与污泥泡沫有关,泡沫会阻碍固液分离,是活性污泥处理设施的一大问题.一般是由于含分支菌酸的放线菌的生长和积聚造成的.其中最常见的分离出的放线菌有：污泥戈登氏菌（Gordonia amarae）,红球菌属（Rhodococcus）,诺卡氏菌属（Nocardia）等.
丝状菌同样也是构成菌胶团不可缺少的一部分,是活性污泥的重要组成部分.但当丝状菌生长过多时,大量的丝状菌会从活性污泥絮粒中伸展出来,形成“刺毛球”状的活性污泥骨架.这些伸向絮粒外部的“触手”,会阻碍絮粒间的压缩,使污泥在二沉池大量流失.