Das mechanisch vorgereinigte Abwasser fließt nun in das Belebungsbecken. Unzählige Mikroorganismen verwerten die Inhaltsstoffe des Abwassers für ihren eigenen Stoffwechsel. Die gelösten und fein verteilten organischen Schmutzstoffe werden dabei abgebaut.
Vergleichbar ist dies mit dem Selbstreinigungsprozess in natürlichen Gewässern.
Die Mehrzahl der Mikroorganismen benötigt zusätzlich Sauerstoff, die mit Hilfe von Gebläsen durch eine Rohrleitung in das Belebungsbecken eingeblasen wird.
Beim Abbau der Schmutzstoffe bildet sich Belebtschlamm.
Durch die guten Lebensbedingungen vermehren sich die Bakterien sehr stark und somit nimmt auch die Belebtschlammmenge zu. Die Belebung gehört zur „Biologischen Reinigungsstufe“.