定義
水體自淨的定義有廣義與狹義兩種：廣義的定義指受污染的水體，經過水中物理、化學與生物作用，使污染物濃度降低，並基本恢復或完全恢復到污染前的水平；狹義的定義指水體中的微生物氧化分解有機物而使得水體得以淨化的過程。
有機的自淨過程，一般分為三個階段。第一階段是易被氧化的有機物所進行的化學氧化分解。該階段在污染物進入水體以後數小時之內即可完成。第二階段是有機物在水中微生物作用下的生物化學氧化分解。該階段持續時間的長短隨水溫、有機物濃度、微生物種類與數量等而不同。一般要延續數天，但被生物化學氧化的物質一般在5天內可全部完成。第三階段是含氮有機物的硝化過程。這個過程最慢，一般要持續一個月左右。
特徵
廢水或污染物一旦進入水體後，就開始了自淨過程。該過程由弱到強，直到趨於恆定，使水質逐漸恢復到正常水平。全過程的特徵是：
1）進入水體中的污染物，在連續的自淨過程中，總的趨勢是濃度逐漸下降。
2）大多數有毒污染物經各種物理、化學和生物作用，轉變為低毒或無毒化合物。
3）重金屬一類污染物，從溶解狀態被吸附或轉變為不溶性化合物，沉澱後進入底泥。
4）複雜的有機物，如碳水化合物，脂肪和蛋白質等，不論在溶解氧富裕或缺氧條件下，都能被微生物利用和分解。先降解為較簡單的有機物，再進一步分解為二氧化碳和水。
5）不穩定的污染物在自淨過程中轉變為穩定的化合物。如氨轉變為亞硝酸鹽，再氧化為硝酸鹽。
6）在自淨過程的初期，水中溶解氧數量急劇下降，到達最低點後又緩慢上升，逐漸恢復到正常水平。
7）進入水體的大量污染物，如果是有毒的，則生物不能棲息，如不逃避就要死亡，水中生物種類和個體數量就要隨之大量減少。隨著自淨過程的進行，有毒物質濃度或數量下降，生物種類和個體數量也逐漸隨之回升，最終趨於正常的生物分布。進入水體的大量污染物中，如果含有機物過高，那么微生物就可以利用豐富的有機物為食料而迅速的繁殖，溶解氧隨之減少。隨著自淨過程的進行，使纖毛蟲之類的原生動物有條件取食於細菌，則細菌數量又隨之減少；而纖毛蟲又被輪蟲、甲殼類吞食，使後者成為優勢種群。有機物分解所生成的大量無機營養成分，如氮、磷等，使藻類生長旺盛，藻類旺盛又使魚、貝類動物隨之繁殖起來。
實現方式
水體自淨主要通過三方面作用來實現。廣義的是指受污染的水體由於物理、化學、生物等方面的作用，使污染物濃度逐漸降低，經一段時間後恢復到受污染前的狀態; 狹義的是指水體中微生物氧化分解有機污染物而使水質淨化的作用。 影響水體自淨過程的因素很多，主要有：河流、湖泊、海洋等水體的地形和水文條件; 水中微生物的種類和數量;水溫和復氧(大氣中的氧接觸水面溶入水體)狀況;污染物的性質和濃度等。水體自淨機理包括沉澱、稀釋、混合等物理過程以及生物化學過程。各種過程同時發生，相互影響，並相互交織進行。一般說來，物理和生物化學過程在水體自淨中占主要地位。水體的自淨能力是有一定限度的，與其環境容量有關。水體自淨是一種資源，合理而充分利用水體自淨能力，可減輕人工處理污染的負擔，並據此安排生產力布局以最經濟的方法控制和治理污染源。
物理作用
物理作用包括可沉性固體逐漸下沉，懸浮物、膠體和溶解性污染物稀釋混合，濃度逐漸降低。其中稀釋作用是一項重要的物理淨化過程。
化學作用
污染物質由於氧化、還原、酸鹼反應、分解、化合、吸附和凝聚等作用而使污染物質的存在形態發生變化和濃度降低。化學自淨是指水體中的污染物質通過氧化 、還原、中和、吸附、凝聚等反應，使其濃度降低的過程。影響這種自淨能力的因素有污染物質的形態和化學性質水體的溫度、氧化還原電位、酸鹼度等。水體中化學自淨能力的強弱，主要從以下3個方面反映出來。
一是反映在DO的含量水平上。在化學自淨過程中，作為水體氧化劑DO，其含量高低能夠衡量水體自淨能力的強弱，因為DO的含量不僅直接影響水生生物的新陳代謝和生長，還直接影響水體中有機物的分解速率及物質循環。若水體中的DO含量高,既對水生生物的繁殖生長起促進作用，又能加快有機物的分解速度，使生態中的物質循環，尤其是氮的循環達到最佳循環效果，提高水體的自淨能力。大清河河口區水體的 DO含量極低，因而水體中有機物的氧化分解速度緩慢，有機物的大量積累，河口區水環境質量下降，直接影響水生生物的繁殖和生長。
水體自淨二是反映在有機污染物的氧化分解能力上。COD是反映水體有機污染程度的一個重要指標，其含量的高低能夠體現水體質量的好壞。大清河河口區水體中的COD和BOD含量高，一方面表明該水體的有機污染比較嚴重，另一方面則表明該水體自淨能力較差，缺乏將複雜組分的有機物分解成簡單組分無機化合物的環境能。
三是反映在營養鹽的形態轉化和消減程度上。在化學自淨過程中，三態無機氮的含量變化能夠反映水體自淨能力的強弱。這是因為工業廢水和生活污水中含有大量的含氮有機物，在水體溶解氧充分的條件下，好氧細菌能把有機物徹底分解成二氧化碳、水及硝酸鹽等穩定性化合物。但若水體中含氮有機物過量時，水體沒有能力把全部有機氮轉化為硝酸鹽，而只能轉化到某一階段，如氨或亞硝酸鹽。因此硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮的含量及比例能夠很好體現水體的自淨能力。大清河河口區水體中氨氮的含量很高，但是亞硝酸鹽和硝酸鹽含量很低，說明大清河河口區水體的污染負荷已經遠遠超出了其自淨能力。另外，沉積物向上覆水體釋放大量有機物 ，也是導致該水域氨氮含量始終維持較高含量的直接原因。
生物作用
水體自淨由於各種生物（藻類、微生物等）的活動特別是微生物對水中有機物的氧化分解作用使污染物降解。它在水體自淨中起非常重要的作用。水體中的污染物的沉澱、稀釋、混合等物理過程，氧化還原、分解化合、吸附凝聚等化學和物理化學過程以及生物化學過程等，往往是同時發生，相互影響，並相互交織進行。一般說來，物理和生物化學過程在水體自淨中占主要地位。生物自淨是指進入水體的污染物，經過水生生物降解和吸收作用，使其濃度降低或轉變為無害物質的過程 。生物淨化過程進行的快慢和程度與污染物的性質和數量 、（微）生物種類及水體溫度、供氧狀況等條件有關 。大清河河口區水體污染嚴重，水體中 DO含量很低 ,而且氨化作用較強，微生物生長繁殖受到抑制，水體中微生物僅以氨化細菌等兼性細菌或厭氧細菌為主。河道兩側幾乎都是人工硬化堤岸，且水體富營養化嚴重，高等水生植物的繁殖和生長困難，河口區水生生物的種類和數量均很少。
作用分類
從水體形成自淨作用的場所上看，水體的自淨作用又可分成以下幾類：
水與大氣間的自淨作用
這種作用的表現，如河水中的二氧化碳、硫化氫等氣體的揮發釋放和氧氣溶入等。
水的自淨作用
污染物質在河水中的稀釋、擴散、氧化、還原，或由於水中微生物作用而使污染物質發生生物化學分解，以及放射性污染物質的蛻變等等。
水與底質間的自淨作用
這種作用表現為河水中懸浮物質的沉澱，污染物質被河底淤泥吸附等等。
水體底質中的自淨作用
由於底質中微生物的作用使底質中的有機污染物質發生分解等。
影響因素
水體的自淨能力是有限的，如果排入水體的污染物數量超過某一界限時，將造成水體的永久性污染，這一界限稱為水體的自淨容量或水環境容量。影響水體自淨的因素很多，其中主要因素有：受納水體的地理、水文條件、微生物的種類與數量、水溫、復氧能力以及水體和污染物的組成、污染物濃度等。
水文要素
流速、流量直接影響到移流強度和紊動擴散強度。流速和流量大，不僅水體中污染物濃度稀釋擴散能力隨之加強，而且水汽界面上的氣體交換速度也隨之增大。河流中流速和流量有明顯的季節變化，洪水季節，流速和流量大，有利於自淨；枯水季節，流速和流量小，給自淨帶來不利。
河流中含沙量的多少與水中某些污染物質濃度有一定關係。例如，研究發現中國黃河含沙量與含砷量呈正相關關係。這是因為泥沙顆粒對砷有強烈的吸附作用。一旦河水澄清，含砷量就大為減少。
水溫不僅直接影響到水體中污染物質的化學轉化的速度，而且能通過影響水體中微生物的活動對生物化學降解速度產生影響，隨著水溫的增加，BOD（生物耗氧量）的降低速度明顯加快。但水溫高卻不利於水體富氧。深潭-急流-沙（河）灘是天然河道的一種基本結構單元，分析認為，深潭-急流-沙（河）灘系統由於結構單元不同的環境異質性，水體的自淨作用會增強。對其進行採樣分析，測定其水質指標，檢驗典型自然河道形態結構對水體自淨的影響，為河流生態修復提供理論依據。結果表明：赤水河深潭水體中總氮、硝酸鹽氮、氨氮濃度大於急流，而溶解氧BOD、COD、總磷濃度表現為急流大於深潭。方差分析表明，深潭-急流總氮、BOD濃度在枯水期和豐水期均差異不顯著，枯水期深潭-急流硝酸鹽氮、氨氮、溶解氧、總磷濃度差異極顯著（P<0.01, n=9），豐水期深潭-急流硝酸鹽氮、氨氮、溶解氧、總磷濃度差異均不顯著。就採樣時期來看，總氮、硝酸鹽氮、氨氮、溶解氧、BOD、COD濃度均表現為枯水期大於豐水期，而總磷濃度表現為豐水期大於枯水期。以上結果表明，水體在經過深潭-急流-沙（河）灘這一結構單元時水質會有差異，河流中不斷重複出現的深潭-急流-沙（河）灘系統能有效的改善河流水質，提高水體的自淨能力。
太陽輻射
太陽輻射對水體自淨作用有直接影響和間接影響兩個方面。直接影響指太陽輻射能使水中污染物質產生光轉化；間接影響指可以引起水溫變化和促進浮游植物及水生植物進行光合作用。太陽輻射對水深小的河流的自淨作用的影響比對水深大的河流大。
底質
底質能富集某些污染物質。河水與河床基岩和沉積物也有一定物質交換過程。這兩方面都可能對河流的自淨作用產生影響。例如河底若有鉻鐵礦露頭，則河水中含鉻可能較高；又如汞易被吸附在泥沙上，隨之沉澱而在底泥中累積，雖較穩定，但在水與底泥界面上存在十分緩慢的釋放過程，使汞重新回到河水中，所謂形成二次污染。此外，底質不同，底棲生物的種類和數量不同，對水體自淨作用的影響也不同。以松木片、透水磚、釉面瓷磚、礫石、生態磚、乾砌石、漿砌石和蜂巢格賓為研究對象，結合室內模擬和野外觀測，定量研究了河岸河床材料對河流自淨能力的影響，並從微生物的生物量、多樣性和酶活性三方面，探討了產生這種影響的內在機理。
水生物和水中微生物
水中微生物對污染物有生物降解作用。某些水生物對污染物有富集作用，這兩方面都能減低水中污染物的濃度。因此，若水體中能分解污染物質的微生物和能富集污染物質的的水生物品種多、數量大，對水體自淨過程較為有利。
污染物的性質和濃度
易於化學降解、光轉化和生物降解的污染物顯然最容易得以自淨。例如酚和氰，由於它們易揮發和氧化分解，而又能為泥沙和底泥吸附，因此在水體中較易淨化。難於化學講解、光轉化和生物降解的污染物也難在水體中的得以自淨。例如合成洗滌劑、有機農藥等化學穩定性級高的合成有機化合物，在自然狀態下需十年以上的時間才能完全分解，它們以水流作為載體，逐漸蔓延，不斷積累，成為全球性污染的代表性物質。水體中某些重金屬類污染物可能對微生物有害，從而降低了生物降解能力。
