活性污泥主要由四部分组成：具有代谢功能的活性微生物群体；微生物内源呼吸和自身氧化的残留物；被污泥絮体吸附的难降解有机物；被污泥絮体吸附的无机物。

　　活性污泥的净化功能主要取决于栖息在活性污泥上的微生物。活性污泥微生物以好氧细菌为主，也存活着真菌、原生动物和后生动物等。这些微生物群体组成了一个相对稳定的生态系。活性污泥中的细菌以异养型的原核细菌为主，对正常成熟的活性污泥，每毫升活性污泥中的细菌数大致在107~109个。细菌虽是微生物主要的组成部分，但是活性污泥中哪些种属的细菌占优势，要看污水中所含有机物的成分以及活性污泥法运行操作条件等因素。

　　真菌构造较为复杂而且种类繁多，是多细胞的异养型微生物。与活性污泥法处理有关的真菌主要是霉菌。霉菌是微小的腐生或寄生的丝状真菌，它能够分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其它含氮化合物。但是，真菌的大量的增殖会产生污泥膨胀现象，严重影响活性污泥系统的正常工作。真菌在活性污泥法中的出现往往与水质有关。

　　原生动物的主要摄食对象是细菌。活性污泥中的原生动物主要有肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫三类。原生动物为单细胞生物，大多为好氧化能异养型菌。在活性污泥法的应用中，常通过观察原生动物的种类和数量，间接地判断污水处理的效果，所以原生动物又称为活性污泥系统的指示性动物。

　　以细菌、原生动物以及活性污泥碎片为食的后生动物（如轮虫、线虫等）在活性污泥中不经常出现，特别是轮虫仅在有机物含量低且水质好的系统（即完全氧化型的活性污泥系统）中才较多出现，因此轮虫又称为活性污泥系统的指示性动物，是出水水质好的标志。