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。

    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。