Las alteraciones biológicas del agua se refieren, principalmente, al desequilibrio provocado por un aumento del número de microorganismos presentes, especialmente bacterias, protozoos y algas. Las bacterias son los microorganismos encargados de oxidar la materia orgánica del agua; los protozoos se alimentan de bacterias y, por tanto, equilibran las poblaciones de microorganismos; las algas poseen la capacidad fotosintética que les permite liberar oxígeno, manteniendo la concentración suficiente en el agua.
Generalmente estas alteraciones biológicas se producen por el vertido en las masas de agua naturales de aguas residuales urbanas, ya que su elevado contenido en microorganismos produce un fuerte desequilibrio en las poblaciones microbianas naturales.