活性污泥中好氧细菌是专性好氧菌，主要组成菌包括肠杆菌科的大肠杆菌、产气气杆菌、变形杆菌等，其中菌胶团细菌是细菌类中的主要成分，具有巨大的表面积和一定的粘性，可以在短时间内吸附大量悬浮有机物质和30—90%的重金属离子，因而使细菌充分发挥出氧化分解的作用。另一类丝状真菌因会引起活性污泥密度下降而漂浮出水面流走，使处理效果下降，属有害细菌。对活性污泥影响最大的丝状真菌有球衣细菌、贝氏硫菌、发硫细菌等。真菌不是活性污泥中的正常区系，仅少量存在，除丝状真菌外，还有酵母细胞、霉菌。藻类的种类和数量在活性污泥中很少，主要是因为活性污泥与废水搅动厉害，不便于藻类进行光合作用所致，但在推流式曝气系统中因有良好的透光条件能正常生长。活性污泥中的优势微型动物都是纤毛类原生动物。目前发现有228种，在活性污泥中有一定的净化、絮聚、澄清作用。