水体自净是环境科学中的重要研究课题，同水体污染的研究密切相关。建立关于水体自净过程规律的通用数学模式将有助于控制水体污染。对不同水体进行考察并掌握各种水体的自净规律，就能充分利用水体自净能力，减轻人工处理污染的负担，保证水体不受污染，并据此安排合理的生产布局和以最经济的方法控制和治理污染源。
在河水的自净过程中可见，随着水体中有机物和悬浮状态固形物浓度的逐渐降低，氨态氮和硝酸盐的量大增。生物相的变化，首先是异养茵大量繁殖并出现高峰，然后是吞食细菌的原生动物出现高峰，最后是依靠氮磷等无机营养物为生的藻类出现高峰。溶解氧浓度随着微生物氧化分解作用大量消耗而很快降低到最低点，随后由于有机污染物矿化、水面复氧和藻类光合作用，使溶解氧浓度逐渐升高。
水体自净(self-purification)指的是受污染的水体由于自然的作用，使污染物浓度逐渐降低，最后恢复到污染以前状态的过程。自然水体，尤其是快速流动、O2充足的水体对有机或无机污染物的自净能力更强。水体的自净作用包括物理、化学、生物等方面的作用。物理作用指水体中可沉降性固形物逐渐下沉，悬浮物、胶体和溶解性污染物稀释混合，污染物浓度逐渐降低的过程。化学作用包括水体中物质的氧化还原、分解、化合、吸附和凝聚等。生物作用主要指水体中微生物对污染物的氧化分解，它在水体自净中起着非常重要的作用。微生物在水体自净中的生物学和生物化学作用，包括具有荚膜的细菌对污染物质的吸附、沉降作用，好氧菌对有机物质的降解作用，原生动物对细菌的吞噬作用，噬菌体对宿主的裂解作用，藻类对无机元素的吸收利用，以及浮游动物和一系列后生动物通过食物链对有机物质的摄取和浓缩作用
在水体自净过程中，起初水体中细菌代谢活跃，生长旺盛。但经过一段时间或流过一段距离，有机物被分解，浓度降低，可供异养细菌作为碳源的物质减少，日光照射、水温以及pH值等条件不适于细菌生长，以及原生动物和后生动物对细菌的捕食作用，细菌死亡率增加，数量下降。
水体的自净能力是有限的。当水体中有机物浓度很高时，异养微生物便会大量繁殖，它们的好氧呼吸消耗大量氧气，导致水体缺氧，从而使好氧微生物的活动受到限制，厌氧微生物开始活跃生长。厌氧微生物不能使有机物彻底氧化，但可在无氧的条件下分解蛋白质等含硫有机物，产生许多具有恶臭的中间代谢产物，如腐氨、尸胺以及H2S、CH4、CO2、NH3等。H2S遇铁可产生黑色的硫化铁沉淀，于是使水体变黑发臭。
物理过程：指污染物在水体中的混合稀释和自然沉淀过程。混合稀释：紊动扩散（污染物自高浓度向低浓度区转移）；移流（水流推动）；离散（水流方向横断面上流速分布不均匀而引起分散）。湖、库水混合方式分紊动混合（风力和水利坡度作用产生），对流混合（湖水密度差异产生）。影响生物自净作用的关键是：溶解氧的含量；有机污染物的性质；浓度以及微生物的种类、数量等。河流中影响污染物输移的最主要的物理过程是对流和横向、纵向扩散混合。
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