Quy trình công nghệ sử dụng vi sinh vật trong xử lí nước thải gồm 3 giai đoạn chính:

- Xử lí nước thải bậc 1: Rác thải rắn hữu cơ hay vô cơ được tách riêng bằng phương pháp sàng lọc, kết tủa các hạt có kích thước nhỏ và làm lắng trong bể chứa thành bùn. Bùn sẽ được giữ trong bể lắng, phần nước thải sẽ theo đường ống và tiếp tục xử lí. Đây là quá trình nhằm chuẩn bị cho các bước xử lí tiếp theo.

- Xử lí nước thải bậc 2: Đây là giai đoạn xử lí sinh học làm giảm hàm lượng thành phần các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải. Tùy vào loại nước thải mà có thể xử lí hiếu khí hay kị khí hoặc phối hợp cả hai.

- Xử lí nước thải bậc 3: Đây là giai đoạn làm sạch nước thải như giảm chỉ số BOD, loại bỏ hàm lượng nitrogen, phosphorus tồn tại ở dạng hợp chất vô cơ, các kim loại nặng, chất hữu cơ và các vi sinh vật trong nước thải.