废水的生物化学处理是废水处理系统中最重要的过程之一，简称生化处理。生化处理是利用微生物的生命活动过程将废水中的可溶性的有机物及部分不溶性的有机物有效地去除，使水得到净化。
生化处理这一概念的提出是与生态处理相对的。生化处理通常包括两个重要元素:
1.在水中大量曝气供氧，以支持微生物的存活。
2. 利用微生物分解污水中的有机物，从而净化污水。生化处理是大多数传统污水处理工艺的核心，我国大多数市政污水处理场都采用生化处理技术处理城市居民的生活污水。
生化处理技术种类众多，各技术发展较为成熟，因此适用于大型污水处理厂。
然而，生化处理技术具有高能耗、设备复杂、有异味且需要专业人员维护等缺陷，因此对于中等规模(万吨级以下)的污水处理需求而言显得不太适用。采用生化处理技术，必须形成规模效应，否则每吨污水的处理成本将非常高，自然也就没有可行性了。 现如今，欧美发达国家广泛使用生态处理技术，然而国外的生态处理技术并不能适应我国土地缺乏的国情。因此在我国， 成熟可靠的生态处理技术并不多，中国科学院广州地球化学研究所在此方面取得了重大突破，为中国污水生态处理指明了方向。