1．物理净化过程
物理净化是指由于稀释、扩散、沉淀等作用而使河水中的污染物浓度降低的过程。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程。河水中的悬浮固体，在重力作用下，逐渐沉降到河底，成为淤泥。而河流对溶解态污染物的稀释能力，是因为污染物进入河流后同时存在两种运动形式：一是由于受河水的推动而沿水流方向的运动，这种水流输运污染物的方式，称为推流；二是由于污染物质的进入，在水流中产生了浓度差异，污染物将由高浓度处向低浓度处迁移，这一污染物的运动形式称为扩散。污染物进入水体后正是在推流和扩散这两种同时存在而又相互影响的运动形式的作用下，才使得其浓度从排放口开始往下游逐渐降低，得以不断净化稀释。
2．化学净化过程
化学净化是指污染物进入水体后在化学（或物理化学）作用下而使其浓度降低的过程。水体中进行的化学或物理化学净化过程，包括氧化－还原、酸碱中和、沉淀－溶解、分解－化合、吸附－解吸、凝聚－胶溶等。例如，水体中的低价金属离子（如二价铁、二价锰等），可通过氧化作用生成难溶的高价金属氢氧化物而沉淀下来；六价铬可通过还原作用而转化为毒性较小的三价铬；水中的粘土矿物质及腐殖酸胶体颗粒，也可通过吸附、凝聚、沉降等作用转移至底泥中。
3．生物净化过程
生物净化是指在微生物的作用下，有机污染物逐渐分解、氧化使其含量逐渐降低的过程。进入水体的有机污染物的净化，主要有赖于生物化学过程。在这个过程中微生物消耗或吸收了水中的污染物，使得水体向净化的方向转变。造成这一转变的生物化学过程常被称作生物降解。生物降解是指在微生物作用下，有机化合物转化为低级有机物和简单无机物的过程。
生物降解分为好氧生物降解和厌氧生物降解。前者是指在溶解氧（氧分子）存在的条件下，由好氧微生物完成的生物化学反应；后者是指在氧气不足或无氧气的情况下，由厌氧微生物完成的生物化学反应。有的微生物既能在有氧条件下进行生物化学反应，也能在无氧或缺氧条件下进行生物化学反应，称为兼性微生物。
从反应的结果看，好氧生物降解与厌氧生物降解的区别是，前者的产物是稳定的无机物(如CO2、H2O等)，后者的产物则不完全是上述稳定的无机物，而是还包括甲烷、乙酸等有机物和NH3等氧化不彻底的无机物。
在未受污染的水体中，水中都有一定浓度的溶解氧。但是，当水体受到有机物的污染后，水体中的微生物就会大量繁殖起来。由于好氧微生物比厌氧微生物生长快，所以好氧微生物首先发展壮大。当好氧微生物发展到一定数量，它们消耗水中溶解氧的速率有可能超过空气中的氧气向水中溶解的速率（称为复氧速率）。一旦如此，水中的溶解氧浓度就开始迅速下降，直到浓度降到接近零，使水体呈现无氧或缺氧状态。在缺氧或无氧状态下，好氧微生物的生长受到抑制，而厌氧微生物则大量繁殖起来，继承了大部分的自净工作。实际上，当一个水体受到较严重的有机污染时，水中的溶解氧是随水的深度变化的，表层水体的溶解氧较高，越往深处溶解氧越低，直至厌氧状态。因此，好氧微生物集中在水体的上部，阻止了从空气中补充进来的溶解氧向下层的传递，从而维持下层水体的厌氧状态，使得厌氧微生物集中在水体的底部。
一般情况下，在天然河流中，对于有机污染物的自净过程好氧生物降解起主要作用，生化过程中消耗的溶解氧，可从大气及水生植物的光合作用中得到及时补充。图7-1给出了正常受污河段生物净化的好氧分解过程：首先，在水中溶解氧的参与下腐生细菌将可生化降解的胶态和溶解态的有机物分解为简单、稳定的无机物，如水、二氧化碳、氨氮和磷酸盐等，进而再在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下，将氨氮相继转化为亚硝酸盐和硝酸盐。在这一过程中要消耗水中的溶解氧，当其浓度降低后，大气中的氧可通过气水界面向水体中扩散进行补充，微生物也在分解有机污染物的过程中不断增殖，促使好氧分解过程不断进行，直至污染物完全被分解，水体得以净化为止。
4．细菌的自然死亡过程
污染物进入河流后，由于环境的变化（如基质减少、日光杀菌、水温及pH不适、化学毒物存在、吞食细菌的原生动物存在等），使污水中带来的细菌、病原菌、病毒等逐渐死亡，从而使水体在一定程度上得到自然净化。
如从河流中形成自净作用的场所上看，又可以分成以下几类：
（1）河水与大气间的自净作用 这种作用表现为水体中气态物质向大气中的扩散，如河水中的CO2、H2S等气体的释放。
（2）河水中的自净作用 污染物质在河水中的稀释、扩散、氧化、还原，或由于水中微生物作用而使污染物质发生生物化学分解，以及放射性污染物质的蜕变等等。
（3）河水与底质间的自净作用 这种作用表现为河水中悬浮物质的沉淀、污染物质被河底淤泥吸附等等。
（4）河流底质中的自净作用 由于底质中微生物的作用使底质中的有机污染物质发生分解等。
由此可见，河流自净作用是包含着十分广泛的内容的，而在实际上这些作用又常相互交织在一起，因此在具体研究工作中必然要有所偏重。目前在河流自净作用的研究上，多侧重于狭义的自净作用，即主要研究河水中的有机污染物质由于微生物而形成的生物化学分解作用。从自净作用产生的场所上看，目前则是以研究在水中发生的自净作用为主。
参考资料：http://www.cntcw.com/vbooks/ShowSubject.asp?SubjectID=3840