三級生物處理在污水二級處理的基礎上在進行深度的生物處理，是污水高級處理的一種形式。污水經過二級處理後，往往仍含有較高濃度的氮、磷和一些難降解的有機化合物、病原體等，為防止水環境因此而受到污染，有時需要作進一步的高級處理。三級生物處理只要方法有：生物氧化塘三級處理，即將二級處理後污水引入多級生物氧化塘作進一步處理，減少氮、磷等污染物質的排放濃度；二級活性污泥處理，即將二級處理後的污水再重複進行一次活性污泥處理，減少難降解有機物等大排放濃度。此外還有其他三級生物處理方法，如改良接觸氧化法、脈衝吸附法等。
