I microrganismi sono in grado di degradare gli inquinanti attraverso processi metabolici in cui i contaminanti fungono da fonti di energia, carbonio o nutrienti. Questa degradazione biologica avviene quando i microbi secernono enzimi che alterano chimicamente le sostanze tossiche, convertendole in composti più semplici e meno nocivi. Ad esempio, batteri degradatori di idrocarburi come Pseudomonas, Alcanivorax e Mycobacterium possono metabolizzare i componenti del petrolio ossidandoli in anidride carbonica e acqua durante la respirazione aerobica. In condizioni anaerobiche, alcuni batteri possono anche utilizzare gli inquinanti come accettori alternativi di elettroni, permettendo loro di degradare composti come nitrati, solventi clorurati o metalli pesanti.

I funghi come Phanerochaete chrysosporium sono in grado di degradare inquinanti organici persistenti come pesticidi e coloranti producendo enzimi ligninolitici che rompono le molecole complesse in frammenti più piccoli. Alcuni microrganismi trasformano persino i metalli pesanti in forme insolubili tramite reazioni redox, immobilizzandoli nel suolo o nei sedimenti. Fattori ambientali, tra cui pH, temperatura, disponibilità di ossigeno e presenza di co-substrati, influenzano questi processi. Secondo recenti studi di Ghosal et al. (2016), le comunità microbiche spesso funzionano in modo più efficace come consorzi, dove diverse specie lavorano sinergicamente per degradare miscele complesse di inquinanti in modo più efficiente rispetto a ceppi singoli. Questi meccanismi biologici sono fondamentali sia nei sistemi di biorisanamento naturali che in quelli ingegnerizzati, rendendo i microrganismi agenti indispensabili nel trattamento sostenibile della contaminazione ambientale.