活性污泥中出现的生物是普通的微生物，主要是细菌、放线菌、真菌、原生动物和少数其他微型动物。在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出现在废水处理条件变化（如毒物浓度升高、pH值过高或过低等），使菌胶团解体时。所以，游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。

除了菌胶团外，成熟的活性污泥中还常常存在丝状菌，其主要代表是球衣细菌（Sphaeotilus）、白硫细菌（Beggiatoa)，它们同菌胶团相互交织在一起。在正常时，其丝状体长度不大，活性污泥的密度略大于水。但如丝状菌过量增殖，外延的丝状体将缠绕在一起并粘连污泥颗粒，使絮凝体松散，密度变小，沉淀性变差，SVI值上升，造成污泥流失，这种现象称为污泥膨胀。

活性污泥中的原生动物种类很多，常见的有肉足类、鞭毛类和纤毛类等，尤其以固着型纤毛类，如钟虫、盖虫、累枝虫等占优势。在这些固着型纤毛虫中，钟虫的出现频率高、数量大，而且在生物演替中有着较为严密的规律性，因此，一般都以钟虫属作为活性污泥法的特征指示生物。

经验表明，当环境条件适宜时，微生物代谢活力旺盛，繁殖活跃，可观察到钟虫的纤毛环摆动较快，食物泡数量多，个体大，在环境条件恶劣时，原生动物活力减弱，钟虫口缘纤毛停止摆动，伸缩泡停止收缩，还会脱去尾柄，虫体变成圆柱体，甚至越变越长，终至死亡。钟虫顶端有气泡是水中缺氧的标志。当系统有机物负荷增高，曝气不足时，活性污泥恶化，此时出现的原生动物主要有滴虫、屋滴虫、侧滴虫及波豆虫、肾形虫、豆形虫、草履虫等，当曝气过度时，出现的原生动物主要是变形虫。因此，以原生动物作为废水水质和处理效果好坏的指示生物是可行的，同时，原生动物的观察与鉴别比细菌方便得多，所以了解活性污泥的生物组成及其演替是十分有用的。