Le principe est de faire dégrader la matière organique (en suspension ou dissoute dans les eaux usées) principalement par des bactéries (dont bactéries filamenteuses), qui seront elles-mêmes mangées par des microorganismes (protozoaires5, qui sont surtout des ciliées, en partie responsables de la floculation et source de clarification progressive de l'eau).

Le brassage permanent du milieu permet un meilleur accès des bactéries aux particules et une aération importante nécessaire à la pérennité du système de biodégradation (seule la pollution biodégradable peut être ainsi traitée). Il est suivi d'une décantation à partir de laquelle on renvoie les boues riches en bactéries vers le bassin d'aération.

« Les bactéries filamenteuses relient les flocs entre eux, provoquant le phénomène de "bulking" et diminuent la vitesse de décantation ». Quand elles sont moins présentes ou absentes, les flocs bactériens sont plus petits et la turbidité plus élevée ou des phénomènes de "moussage" peuvent perturber le fonctionnement de la station d'épuration9.

• Le procédé à boues activées a quatre objectifs :
• Eliminer la pollution carbonée (matières organiques) ;
• Eliminer une partie de la pollution azotée ;
• Fixer le phosphore dans la matière décantée ; * stabiliser les boues (procédé dit d'« aération prolongée » ou « digestion aérobie »).

La technique des boues activées est appropriée pour des eaux usées domestiques d'agglomérations à partir d'environ 400 équivalent-habitants, jusqu'aux plus grandes villes. Elle existe néanmoins pour des installations individuelles, quoique le procédé ne soit pas assez éprouvé. Les effluents industriels ou agroalimentaires sont très variables, et peuvent selon les cas être traités par ce processus, avec souvent une adaptation à leur nature et caractéristiques.