La bio-augmentation consiste à ajouter des micro-organismes qui ont la capacité de biodégrader les molécules récalcitrantes dans l'environnement pollué. Cette approche est moins coûteuse et plus respectueuse de l'environnement que les approches physico-chimiques. Les boues activées des eaux usées contiennent des micro-organismes naturels qui biodégradent une large gamme de polluants, mais comme mentionné précédemment, certains polluants sont résistants à la biodégradation. Plusieurs facteurs expliquent cette résistance : forte toxicité, faible solubilité dans l'eau, faible biodisponibilité, grande stabilité et faible biodégradabilité. Certains composés peuvent ne pas être utilisés efficacement comme substrats par les enzymes métaboliques microbiennes. Les structures chimiques de certains polluants peuvent être si complexes que des consortiums de différents micro-organismes pourraient être requis pour leur biodégradation. La bio-augmentation peut permettre de relever ces défis, car l'un de ses principaux avantages est que le traitement pourrait être adapté à un polluant spécifique dominant dans l'environnement. Cette approche est donc intéressante pour traiter à la fois le nombre croissant de polluants émergents et les polluants présents à des concentrations élevées.