Belebungsanlagen basieren auf dem Belebtschlammverfahren. Beim Belebtschlammverfahren findet die biologische Abwasserreinigung durch Mikroorganismen statt, die im Belebungsbecken frei schwimmen und Belebtschlammflocken bilden. Für den Abbau organischer Verschmutzungen im Abwasser benötigen die Bakterien Sauerstoff. Dieser wird durch technische Belüftungseinrichtungen zugeführt, was zusätzlich zur Belüftung eine Durchmischung bewirkt.
Das Belebtschlamm-Abwasser-Gemisch muss im Nachklärbecken getrennt werden. Dies erfolgt durch das Absinken des Schlammes auf den Beckenboden infolge der Schwerkraft. Das gereinigte Abwasser fließt oberhalb ab. Der abgesunkene Schlamm wird als Rücklaufschlamm in das Belebungsbecken zurückgeführt, bzw. als Überschussschlamm dem System entzogen. Überschussschlamm entsteht, da sich bei biologischen Abbauprozessen die Mikroorganismen vermehren. Wenn mehr Belebtschlamm vorhanden ist als benötigt, wird der Schlamm aus der Nachklärung in die Vorklärung geführt, dort gespeichert und mit der Fäkalschlammabfuhr entsorgt.
Belebungsanlagen gibt es in verschiedenen Ausführungen bzw. Bauweisen. Sie können als Einbehälteranlagen mit integrierter Vorklärung und Nachklärung oder auch als Zwei- und Mehrbehälteranlagen mit externer Vorklärung und externer Nachklärung ausgeführt werden. Der Einsatz ist erst ab ca. 10 angeschlossenen Einwohnern sinnvoll, da Belebungsanlagen vorzugsweise mit einem kontinuierlichen Abwasserzufluss betrieben werden sollen.