廢水的生物化學處理是廢水處理系統中最重要的過程之一，簡稱生化處理。生化處理是利用微生物的生命活動過程將廢水中的可溶性的有機物及部分不溶性的有機物有效地去除，使水得到凈化。
生化處理這一概念的提出是與生態處理相對的。生化處理通常包括兩個重要元素:
1.在水中大量曝氣供氧，以支持微生物的存活。
2. 利用微生物分解污水中的有機物，從而凈化污水。生化處理是大多數傳統污水處理工藝的核心，我國大多數市政污水處理場都采用生化處理技術處理城市居民的生活污水。
生化處理技術種類眾多，各技術發展較為成熟，因此適用于大型污水處理廠。
然而，生化處理技術具有高能耗、設備復雜、有異味且需要專業人員維護等缺陷，因此對于中等規模(萬噸級以下)的污水處理需求而言顯得不太適用。采用生化處理技術，必須形成規模效應，否則每噸污水的處理成本將非常高，自然也就沒有可行性了。 現如今，歐美發達國家廣泛使用生態處理技術，然而國外的生態處理技術并不能適應我國土地缺乏的國情。因此在我國， 成熟可靠的生態處理技術并不多，中國科學院廣州地球化學研究所在此方面取得了重大突破，為中國污水生態處理指明了方向。