Les procédés biologiques avancés sont devenus un domaine d'intérêt mondial, car les communautés, les industries et les nations s'efforcent de trouver des moyens de maintenir les ressources essentielles disponibles et utilisables. Les effluents du traitement des eaux usées industrielles peuvent être utilisés pour les processus industriels ou l'approvisionnement en eau de refroidissement. Certaines eaux réceptrices ne sont pas en mesure de supporter les charges polluantes résultant du rejet d'effluents secondaires. Le traitement secondaire n'élimine pas autant de pollution organique dans les eaux usées qu'on pourrait le supposer. La performance des stations de traitement secondaire est presque toujours mesurée en termes d'élimination de la DBO et de MES. Cependant, le test DBO ne mesure pas toutes les matières organiques présentes dans les eaux usées. Lorsque des effluents de haute qualité sont requis, une élimination supplémentaire des matières organiques doit être effectuée. En plus des matières organiques restant dans la plupart des effluents secondaires, il y a une demande supplémentaire en oxygène résultant de l'azote présent dans les eaux usées.
Parmi les procédés biologiques avancés, on note: