In der zweiten Reinigungsphase folgt die biologische Reinigung, in Neufinsing in zwei parallel laufenden Reinigungsstraßen. In den Belebungsbecken nehmen Mikroorganismen die organischen Schmutzstoffe als Nahrung auf und scheiden sie als einfache organische Verbindungen, mineralische Stoffe oder Gase aus. Diese Reaktionen sind der Selbstreinigung natürlicher Gewässer nachempfunden, sie laufen unter optimierten Bedingungen ab. Die Hauptarbeit leisten Bakterien. Von ihnen ernähren sich Einzeller, die von noch höher organisierten Organismen gefressen werden. Diese vernetzte Lebensgemeinschaft mit unterschiedlichen Stoffwechselleistungen und Anforderungen ist Voraussetzung dafür, dass die verschiedenen Schmutzwasserinhaltsstoffe abgebaut werden können. Am Ende der biologischen Reinigung verbleibt eine Restverschmutzung von ein bis zwei Prozent im gereinigten Schmutzwasser. Die biologische Phosphorreduzierung gelingt nur in geringem Umfang, sodass der Phosphor in Neufinsing größtenteils durch chemische Fällung entzogen wird.
