در تصفیه خانه، فاز تصفیه ثانویه هنگامی آغاز می شود که مواد معلق و غیر قابل حل (suspended and dissolved) از آب جدا شده باشد.
این مرحله از تصفیه با استفاده از میکرو ارگانیسم هایی که در شرایط محیطی کنترل شده قرار دارند انجام می شود. این میکرو ارگانیسم ها مواد ارگانیک محلول در آب را مصرف می نمایند و مابقی موادی که کمتر قابلیت حل شدن در آب را دارند لخته می شوند و در ته تانک جمعمی شوند. در نهایت پس از اتمام این مرحله، مواد رسوب شده از ته مخزن جمع آوری می شوند. در بعضی مواقع قبل از خروج آب از این مرحله و ورود به مرحله نهایی تصفیه، یک فرآیند جداسازی برای حذف میکرو ارگانیسمها از آب تصفیه شده مورد نیاز است.