自凈作用是指被污染的水體中污染物質的濃度在流動中自然降低的現象，這種凈化大體可以分成物理凈化（如擴散、稀釋）、化學凈化（如因發生各種化學反應使污染物濃度降低）、生物凈化（如水中微生物對有機物的氧化分解作用）三類。水的自凈作用主要是生物凈化。廢水中的有機物在水中的分解分需氧和厭氧兩種。如果水里的溶解氧足夠供給有機物氧化的需要，有機物在微生物作用下被氧化而分解。如果供氧不足，有機物在厭氧菌的作用下進行厭氣（或嫌氣）分解。
在水的自凈中促使有機物分解的微生物，主要是水棲細菌屬、真菌、藻類和許多單細胞或多細胞低等生物等。總的來講，水里的有機物分解時要消耗大量的氧。如果供氧充足，需氧有機污染物質先在細胞體外發生水解而生成較簡單的化合物，再透入細胞內發生分解，一部分被合成為細胞材料，供細菌生長和繁殖，另一部分在分解中放出能量，把最簡單的生成物排除。溶解氧的測定可鑒別水體是否凈化以及自凈的能力。在缺氧條件下，水質將被嚴重污染。