活性污泥中的微生物种类十分丰富，主要包括细菌、霉菌、原生动物和后生动物等。其中，细菌是使活性污泥具有净化功能的主要微生物，其数量约108~109个/mL。常见的细菌有动胶杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌、小球菌、黄杆菌、产碱杆菌、无色杆菌和产气杆菌等，这些细菌多以菌胶团的形式存在，赋予细菌抵御外界不利因素的能力，并使活性污泥自身具有良好的凝聚沉淀性能。

此外，活性污泥中的原生动物有鞭毛虫、根足虫、纤毛虫和吸管虫等，它们多以游离细菌为食。这些生物在活性污泥法中起到非常重要的作用，有助于提高出水水质。