水體自凈是環境科學中的重要研究課題，同水體污染的研究密切相關。建立關于水體自凈過程規律的通用數學模式將有助于控制水體污染。對不同水體進行考察并掌握各種水體的自凈規律，就能充分利用水體自凈能力，減輕人工處理污染的負擔，保證水體不受污染，并據此安排合理的生產布局和以的方法控制和治理污染源。

　　在河水的自凈過程中可見，隨著水體中有機物和懸浮狀態固形物濃度的逐漸降低，氨態氮和硝酸鹽的量大增。生物相的變化，首先是異養茵大量繁殖并出現高峰，然后是吞食細菌的原生動物出現高峰，后是依靠氮磷等無機營養物為生的藻類出現高峰。溶解氧濃度隨著微生物氧化分解作用大量消耗而很快降低到點，隨后由于有機污染物礦化、水面復氧和藻類光合作用，使溶解氧濃度逐漸升高。

　　水體自凈(self-purification)指的是受污染的水體由于自然的作用，使污染物濃度逐漸降低，后恢復到污染以前狀態的過程。自然水體，尤其是快速流動、O2充足的水體對有機或無機污染物的自凈能力更強。水體的自凈作用包括物理、化學、生物等方面的作用。物理作用指水體中可沉降性固形物逐漸下沉，懸浮物、膠體和溶解性污染物稀釋混合，污染物濃度逐漸降低的過程。化學作用包括水體中物質的氧化還原、分解、化合、吸附和凝聚等。生物作用主要指水體中微生物對污染物的氧化分解，它在水體自凈中起著非常重要的作用。微生物在水體自凈中的生物學和生物化學作用，包括具有莢膜的細菌對污染物質的吸附、沉降作用，好氧菌對有機物質的降解作用，原生動物對細菌的吞噬作用，噬菌體對宿主的裂解作用，藻類對無機元素的吸收利用，以及浮游動物和一系列后生動物通過食物鏈對有機物質的攝取和濃縮作用

　　在水體自凈過程中，起初水體中細菌代謝活躍，生長旺盛。但經過一段時間或流過一段距離，有機物被分解，濃度降低，可供異養細菌作為碳源的物質減少，日光照射、水溫以及pH值等條件不適于細菌生長，以及原生動物和后生動物對細菌的捕食作用，細菌死亡率增加，數量下降。

　　水體的自凈能力是有限的。當水體中有機物濃度很高時，異養微生物便會大量繁殖，它們的好氧呼吸消耗大量氧氣，導致水體缺氧，從而使好氧微生物的活動受到限制，厭氧微生物開始活躍生長。厭氧微生物不能使有機物*氧化，但可在無氧的條件下分解蛋白質等含硫有機物，產生許多具有惡臭的中間代謝產物，如腐氨、尸胺以及H2S、CH4、CO2、NH3等。H2S遇鐵可產生黑色的硫化鐵沉淀，于是使水體變黑發臭。

　　物理過程：指污染物在水體中的混合稀釋和自然沉淀過程。混合稀釋：紊動擴散（污染物自高濃度向低濃度區轉移）；移流（水流推動）；離散（水流方向橫斷面上流速分布不均勻而引起分散）。湖、庫水混合方式分紊動混合（風力和水利坡度作用產生），對流混合（湖水密度差異產生）。影響生物自凈作用的關鍵是：溶解氧的含量；有機污染物的性質；濃度以及微生物的種類、數量等。河流中影響污染物輸移的主要的物理過程是對流和橫向、縱向擴散混合。