活性污泥中的微生物是多菌种的混合群体，其生长繁殖规律比较复杂，但也可用其增长曲线表示一般规律。活性污泥的增长过程可分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期三个阶段。在每个阶段，有机物（BOD）的去除率、去除速率、氧的利用速度及活性污泥特征等都各不相同。

活性污泥微生物的对数增长期是在营养物（BOD）与微生物的比值很高时出现的。这时，微生物处在营养过剩中，混合液中的有机物以最大的速率进行氧化和转换成新的微生物细胞而被去除。活性污泥的增长速率与其生物量（MLVSS）及有机物的浓度无关。这期间，活性污泥具有很高的能量水平，微生物处于完全松散状态，污泥的絮凝性和沉降性很差。此时，由于微生物的代谢旺盛，所以需氧量很大。在营养物不断消耗和新细胞不断合成后，污泥负荷就会急剧降低，使得营养物不再过剩，而且成为微生物进一步生长的限制因素，同时也有一部分细菌完成了其生命活动而死亡。污泥的增长从对数增长期过渡到减速增长期，污泥的增长速率将直接与剩下的营养物浓度成比例。由于营养降低，能量减少，细菌与细菌接触后由于缺乏能量而不再互相分离了。于是，很快多个细菌结合在一起，污泥絮凝体开始形成，污泥的沉降性能也提高了。进一步曝气，混合液中营养物继续降低，近乎耗尽，当污泥负荷值达到一定程度时，污泥即进人内源呼吸期。这时细菌已不能从其周围获得营养物以维持其生命，于是开始代谢自身细胞内的营养物质，细菌逐渐死亡，并且死亡速率逐渐大于生长速度，致使污泥量减少。由于能量水平低，絮凝体形成速率增高，吸附有机物的能力很高，游离的细菌被栖息于污泥表面的原生动物所捕食，处理水显著澄清。