Bizonyos mennyiségű vízszennyezést a vizek természetes öntisztulási képessége tolerálni tud. Fizikai folyamatok (kiülepedés stb.), kémiai folyamatok (pl. adszorpció), de főleg biológiai folyamatok során megy végbe az öntisztulás. Ha egy felszíni vízbe természetes, biológiai lebomlásra képes szerves anyag kerül, akkor ott szaprofita („korhadéklakó) mikroorganizmusok szaporodnak el, és a lebontás megindul. A lebomlás során a szerves anyag átalakul szén-dioxiddá és vízzé, miközben a mikroorganizmusok szaporodnak és a vízben oldott oxigént fogyasztják. Ha több oxigénre van szükség a lebontáshoz, mint amennyi az illető vízben rendelkezésre áll, oxigénhiányos állapot következik be, a lebontási folyamat lelassul, és a „korhadás” átalakul „rothadássá”, bűzös gázok (pl. kén-hidrogén) keletkezése közben. Az anaerob baktériumok szaporodnak el, az aerob szervezetek lassan kipusztulnak (nem csak a mikroorganizmusok, hanem a halak, mikro-rákok stb. is). Ha elég hosszú idő áll rendelkezésre, az anaerob folyamatok lejátszódása után újra elkezdődik az oxigén pótlása, a víz aerob állapota lassan helyreáll.
Az öntisztulás kedvező oxigén-háztartás mellett sem korlátlan. Bizonyos anyagok bomlástermékei a vízben maradnak (nitrát), a sók és a nehézfémek pedig biológiai lebomlásra nem képesek. A természetidegen szerves anyagok lebomlása nagyságrendekkel lassúbb lehet, mint a természetes szerves anyagoké. Mindez azt jelenti, hogy ha az öntisztulás „meg is birkózik” a szennyezéssel, a víz minősége nem lesz azonos az eredetivel. A le nem bomló szennyezések és a lebomlási termékek halmozódnak.
Az öntisztulás folyamatát a fellelhető életközösségek, azon belül is a legjellemzőbb fajok határozzák meg. A szennyezettség mértékét jellemző szervezeteket nevezzük bioindikátoroknak. Jelenlétük, vagy eltűnésük a környezeti tényezők hatására beálló változásokat jelzik. A növényi szervezetek az oldott tápanyagokat használják fel, az állati szervezetek szilárd anyag felvételével tudják biztosítani a fennmaradásukat. A tápanyag megléte és felhasználódása, a szervezetek elpusztulása, majd újra szaporodása a tápláléklánc folyamatos körforgásához vezet. Az életközösségek biológiai egyensúlya, annak megléte szabályozza az öntisztulás rendszerét, illetve önmagát.
