Nach der Sand- und Fettfangstufe wird das Abwasser in die Belebung geleitet. In der Belebungsstufe werden Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser mit Hilfe von Mikroorganismen abgebaut und zum Aufbau eigener Biomasse verbraucht. Dazu werden die Bakterien und Mikroorganismen durch Zugabe von Sauerstoff unterstützt, der Vorgang findet also aerob (mit Sauerstoff) statt.
Parallel dazu werden gelöste Phosphorverbindungen aus der wässrigen Phase, z.B. über eine chemische Reaktion mit Eisen-III-Chlorid, ausgefällt und sammeln sich im Belebtschlamm des Belebungsbeckens an.
Zur Unterstützung der Zirkulationsströmung für das Fällmittel und zur Erreichung einer möglichst vollkommenen Durchmischung sind in den Becken meist Rührwerke und/oder Belüfter installiert.
Die nächste zu durchlaufende Stufe ist das Nachklärbecken.
