其原理是利用活性污泥中的微生物，原生动物和后生动物等生物相在曝气条件下将污水中的有机物氧化分解成CO2+H2O；一些无机物质，如NH3－N，分解过程中产生的能量用于生长和繁殖微生物本身。
这种稳定生态系统的形成得益于生物相良好的生长环境，包括温度、酸碱度、有机负荷、抗生素浓度、供氧等，当污水处理系统中的各控制因素发生变化时，活性污泥中的各种生物相的种类、数量及活性功能也会随之发生相应变化。
过观察污水处理系统中生物相种群数量和活性污泥数量的变化，可以了解处理系统的运行状况和质量，并可以及时调整处理系统的运行条件以改变生物相，确保处理系统能够继续正常运行。当前对污水处理系统中生物相观察已经在水处理领域中得到了广泛应用。
观察前将所观察的样品混合均匀，用大口径定量移液管（保证容易取到活性污泥）吸取0.05mL样品与载玻片上，盖上盖玻片，置于显微镜下观察。刚开始在100倍视野下观察，环视整个视野，对样品生物相的大致情况有初步了解，初步掌握絮体的状态、粒径、压密性以及观察到的原、后生动物的种群。
了解生物相中体型最大的生物种类，一定程度上体型最大的生物种类表示出污泥的停留时间。当100倍视野观察不清晰时，采用400倍视野观察。尤其是生物相的口、鞭毛着生位置及数量、纤毛虫纤毛着生方式及丝状菌生长情况必须在400倍视野以上才能观察清楚。
若在观察时发现活性污泥的絮粒大、边缘清晰、结构致密，吸附性能和沉降性能良好，表明污水处理运行状态良好，在后续处理工艺中能很好进行泥水分离，污水处理出水效果好。
观察絮体与絮体之间的水中有无悬浮物SS，若悬浮物越多，则预示着污水中含有大量悬浮物。当处理系统出现异常情况时，污泥结构松散、絮粒变小，出现大量的游动型纤毛虫类等原、后生动物，包括草履虫属、豆形虫属、肾型虫属、变形虫属、滴虫属等生物，表明此时处理系统污泥沉降性能差，泥水分离效果不佳，影响出水效果。